DE102012104148A1

DE102012104148A1 - Optoelectronic semiconductor component, has optical diffuser element fixed downstream to semiconductor chip in radiation pattern and comprising profile and having optical transparency and optical diffuse effect based on viewing angle

Info

Publication number: DE102012104148A1
Application number: DE201210104148
Authority: DE
Inventors: Bert Braune; Kathy Schmidtke; Michael Kruppa
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-14

Abstract

The component (10) has an optical diffuser element (2) fixed downstream to a radiation-emitting semiconductor chip (1) in a radiation pattern and comprising an asymmetric scattering profile. The optical diffuser element has an optical transparency and an optical diffuse effect based on a viewing angle. The optical diffuser element is made of directed transparent fibers (3) and designed as a film. A housing (4) surrounds the semiconductor chip, and the optical diffuser element is appropriate at a side (4a) of the housing, where the side faces the semiconductor chip. An independent claim is also included for a method for manufacturing an optoelectronic semiconductor component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip und einem Diffusorelement. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Halbleiterbauelement. The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor chip and a diffuser element. Furthermore, the present invention relates to a manufacturing method for such a semiconductor device.

Es ist möglich Halbleiterbauelemente auszubilden, die einen Halbleiterchip und ein Diffusorelement aufweisen. Bestimmte Anwendungen derartiger Halbleiterbauelemente erfordern eine diffuse Lichtaustrittsfläche. Beispielsweise werden hierfür diffuse Vorsatzlinsen verwendet, die jedoch einen einheitlichen weißen oder gelben Farbeindruck des Halbleiterchips beziehungsweise der Vorsatzlinse erfordern. Alternativ ist es möglich, eine diffuse Schicht als Diffusorelement in einer Austrittsfläche des Bauelements zu integrieren. Eine derartige diffuse Schicht in der Austrittsfläche des Lichts geht aber aufgrund von Streueffekten immer mit Lichtverlusten im Betrieb des Bauelements in einer Größenordnung von mindestens 20 % bis 30 % einher und reduziert so nachteilig die Effizienz des Bauelements. It is possible to form semiconductor devices having a semiconductor chip and a diffuser element. Certain applications of such semiconductor devices require a diffuse light exit surface. For example, this diffuse auxiliary lenses are used, however, which require a uniform white or yellow color impression of the semiconductor chip or the auxiliary lens. Alternatively, it is possible to integrate a diffuse layer as a diffuser element in an exit surface of the component. However, due to scattering effects, such a diffuse layer in the exit surface of the light is always associated with light losses during operation of the component in the order of at least 20% to 30%, thus adversely reducing the efficiency of the component.

Weitere Ansätze zum Minimieren dieser Effizienzverluste bestehten beispielsweise in einer Optimierung des Gehalts an streuenden Partikeln in der diffusen Schicht. Dieses Optimieren wird jedoch erschwert durch einen Konflikt zwischen minimal erforderlichem Weißeindruck der Austrittsfläche des Bauelements und minimal geforderter Strahlungseffizienz. Other approaches to minimize these losses in efficiency include, for example, optimizing the level of scattering particles in the diffuse layer. However, this optimization is hampered by a conflict between the minimum required whiteness of the device's exit surface and the minimum required radiation efficiency.

Alternativ ist es möglich, beispielsweise Fresnel-Linsen mit dem Ziel zu verwenden, den Farbunterschied, der zwischen den einzelnen Komponenten des Bauelements auftreten kann, zu egalisieren. Alternatively, it is possible to use, for example, Fresnel lenses with the aim of equalizing the difference in color that can occur between the individual components of the component.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch eine starke diffuse Wirkung der Austrittsfläche bei gleichzeitig geringem Effizienzverlust auszeichnet. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein verbessertes Herstellungsverfahren eines derartigen Bauelements anzugeben. It is an object of the present application to provide a semiconductor device which is characterized by a strong diffuse effect of the exit surface with simultaneously low efficiency loss. It is another object of the present application to provide an improved manufacturing method of such a device.

Diese Aufgaben werden durch ein Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiter werden diese Aufgaben durch ein Herstellungsverfahren eines derartigen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Halbleiterbauelements und des Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. These objects are achieved by a semiconductor device having the features of claim 1. Further, these objects are achieved by a manufacturing method of such a device having the features of claim 10. Advantageous developments of the semiconductor device and the manufacturing method are the subject of the dependent claims.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein optisches Diffusorelement auf. Das optische Diffusorelement ist dem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Das optische Diffusorelement weist ein asymmetrisches Streuprofil auf. In accordance with at least one embodiment, the optoelectronic semiconductor component has a radiation-emitting semiconductor chip and an optical diffuser element. The optical diffuser element is arranged downstream of the semiconductor chip in the emission direction. The optical diffuser element has an asymmetric scattering profile.

Unter einem optischen Diffusorelement sind im Sinne der vorliegenden Anmeldung insbesondere optische Diffusoren in Form von Streuflächen zu verstehen, an denen einfallendes Licht diffus gestreut wird. Eine wesentliche Eigenschaft derartiger Streuflächen ist deren Streuprofil, das die winkelaufgelöste Streueffizienz bei senkrecht auf das Diffusorelement einfallender, kollimierter Lichtstrahlung beschreibt. In der Regel kann ein Diffusor durch zwei eindimensionale Streuprofile in horizontaler beziehungsweise X-Richtung und vertikaler beziehungsweise Y-Richtung charakterisiert werden. Ein Diffusor, dessen X- und Y-Streuprofil annähernd gleich sind, wird als symmetrischer Diffusor bezeichnet. Bei unterschiedlichen Streuprofilen für X- und Y-Richtung handelt es sich um einen asymmetrischen oder auch anisotropen Diffusor. For the purposes of the present application, an optical diffuser element is to be understood as meaning, in particular, optical diffusers in the form of scattering surfaces, at which incident light is diffusely scattered. An essential property of such scattering surfaces is their scattering profile, which describes the angle-resolved scattering efficiency with collimated light radiation incident on the diffuser element perpendicularly. In general, a diffuser can be characterized by two one-dimensional scattering profiles in the horizontal or X-direction and vertical or Y-direction. A diffuser whose X and Y scattering profiles are approximately equal is called a symmetrical diffuser. Different scattering profiles for the X and Y direction are asymmetric or anisotropic diffusers.

Bei einem Diffusorelement mit asymmetrischem Streuprofil ist das Streuprofil des Diffusorelements demnach winkelselektiv. Vorzugsweise ist das Streuprofil nicht nur bezüglich der X- und Y-Achse voneinander unterschiedlich. Je nach beabsichtigtem Einsatzzweck des Bauelements beziehungsweise des Diffusorelements ist das Streuprofil des Diffusorelements entsprechend zu wählen, sodass sich für jede Anwendung aus den geometrischen Gegebenheiten und der beabsichtigten optischen Wirkung ein spezifischer Blickwinkelbereich ergibt, in den das Diffusorelement Lichtanteile streut. Das Diffusorelement dient demnach zur Lichtlenkung mit einer optischen Diffusorwirkung mit bevorzugt wenigstens einer strukturierten Oberfläche, mit der ein Lichtstrahl in Wechselwirkung tritt und durch Reflexion oder Transmission aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung gezielt ablenkbar ist. In a diffuser element with asymmetrical scattering profile, the scattering profile of the diffuser element is accordingly angle-selective. Preferably, the scattering profile is different not only with respect to the X and Y axes. Depending on the intended use of the device or the diffuser element, the scattering profile of the diffuser element is to be selected accordingly, so that for each application from the geometric conditions and the intended optical effect results in a specific viewing angle range in which the diffuser element scatters light components. The diffuser element accordingly serves for directing light with an optical diffuser effect, preferably with at least one structured surface, with which a light beam interacts and can be selectively deflected by reflection or transmission from its original propagation direction.

Das Diffusorelement ist dem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung nachgeordnet, sodass eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung vor Austritt aus dem Halbleiterbauelement durch das Diffusorelement hindurch tritt und in dem Diffusorelement entsprechend in Wechselwirkung tritt. Die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung wird demnach an oder in dem Diffusorelement aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung gezielt abgelenkt. Dabei ist die diffuse Wirkung des Diffusorelements mit Vorteil so gerichtet, dass minimale Lichtverluste beziehungsweise Effizienzverluste der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung am Diffusorelement entstehen. Zudem wird die diffuse Wirkung vorteilhafterweise so gerichtet, dass eine starke diffuse Wirkung einer Austrittsfläche des Bauelements erzeugt wird. Die Austrittsfläche des Bauelements ist dabei die Fläche, an der ein großer Anteil der von dem Bauelement emittierten Strahlung aus diesem in die Umgebung ausgekoppelt wird. The diffuser element is arranged downstream of the semiconductor chip in the emission direction, so that a radiation emitted by the semiconductor chip before passing out of the semiconductor component passes through the diffuser element and interacts accordingly in the diffuser element. The radiation emitted by the semiconductor chip is therefore deflected deliberately at or in the diffuser element from its original propagation direction. In this case, the diffuse effect of the diffuser element is advantageously directed such that minimal light losses or losses of efficiency of the radiation emitted by the semiconductor chip arise on the diffuser element. In addition, the diffuse effect is advantageously directed so that a strong diffuse effect of an exit surface of the device is generated. The exit surface of the device is the area at which a large proportion of the Component emitted radiation from this is coupled into the environment.

Das Halbleiterbauelement ist vorzugsweise ein optoelektronisches Bauelement, das die Umwandlung von elektrisch erzeugten Daten oder Energie in Lichtemission ermöglicht oder umgekehrt. Das Halbleiterbauelement weist einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, vorzugsweise einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, beispielsweise eine LED (lichtemittierende Diode). The semiconductor device is preferably an optoelectronic device that allows the conversion of electrically generated data or energy into light emission or vice versa. The semiconductor component has an optoelectronic semiconductor chip, preferably a radiation-emitting semiconductor chip, for example an LED (light-emitting diode).

Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterschichtenstapel auf, in dem eine aktive Schicht enthalten ist. Die aktive Schicht ist insbesondere geeignet zur Erzeugung einer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge. Hierzu enthält die aktive Schicht vorzugsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst unter anderem Quantentröge, Quantendrähte, Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. The semiconductor chip has a semiconductor layer stack in which an active layer is contained. The active layer is particularly suitable for generating a radiation of a specific wavelength. For this purpose, the active layer preferably contains a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation. The term quantum well structure unfolds no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It includes quantum wells, quantum wires, quantum dots, and any combination of these structures.

Der Halbleiterschichtenstapel des Halbleiterchips enthält vorzugsweise ein III/V-Halbleitermaterial. III/V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten, über den sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich besonders geeignet. The semiconductor layer stack of the semiconductor chip preferably contains a III / V semiconductor material. III / V semiconductor materials are particularly suitable for generating radiation in the ultraviolet, over the visible to the infrared spectral range.

Ein III/V-Halbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise B, Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff "III/V-Halbleitermaterial" die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.A III / V semiconductor material comprises at least one element of the third main group such as B, Al, Ga, In, and a fifth main group element such as N, P, As. In particular, the term "III / V semiconductor material" includes the group of binary, ternary or quaternary compounds containing at least one element from the third main group and at least one element from the fifth main group, for example nitride and phosphide compound semiconductors. Such a binary, ternary or quaternary compound may also have, for example, one or more dopants and additional constituents.

Der Halbleiterchip weist eine Abstrahlrichtung auf, in dessen Richtung ein großer Anteil der von der aktiven Schicht erzeugten Strahlung ausgekoppelt wird. Beispielsweise ist der Halbleiterchip mit einer Montageseite auf einem Substrat oder einem Trägersubstrat befestigt. Die von der Montageseite abgewandte Seite beziehungsweise Fläche des Halbleiterchips bildet dabei eine Strahlungsauskoppelseite, durch die die in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung zumindest zum größten Anteil austritt. Die Abstrahlrichtung des Halbleiterchips ist dabei von dem Substrat beziehungsweise Trägersubstrat weggerichtet. The semiconductor chip has a radiation direction, in the direction of which a large proportion of the radiation generated by the active layer is coupled out. For example, the semiconductor chip is mounted with a mounting side on a substrate or a carrier substrate. The side or surface of the semiconductor chip facing away from the mounting side forms a radiation coupling-out side through which the radiation generated in the semiconductor chip emerges, at least for the most part. The emission direction of the semiconductor chip is directed away from the substrate or carrier substrate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Diffusorelement eine optische diffuse Wirkung auf, die abhängig vom Betrachtungswinkel ist. Das Diffusorelement enthält vorzugsweise kontrolliert asymmetrische Diffusoren, die eine winkelabhängige beziehungsweise winkelselektive Lichtstreuung ermöglichen. Dadurch kann mit Vorteil ein Diffusorelement erzeugt werden, das ein kontrolliertes asymmetrisches Strahlungsstreuprofil aufweist. In accordance with at least one embodiment, the diffuser element has an optical diffuse effect, which is dependent on the viewing angle. The diffuser element preferably contains controlled asymmetrical diffusers, which enable an angle-dependent or angle-selective light scattering. As a result, it is possible with advantage to produce a diffuser element which has a controlled asymmetric radiation scattering profile.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Diffusorelement eine optische Transparenz auf, die abhängig vom Betrachtungswinkel ist. Dadurch kann mit Vorteil der Effizienzverlust der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung im Diffusorelement minimiert werden. Vorzugsweise weist das Diffusorelement abhängig vom Betrachtungswinkel eine optische Transparenz von wenigstens 80 %, bevorzugt von wenigstens 90 %, besonders bevorzugt von wenigstens 95 % für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung auf. Ein derart ausgebildetes Diffusorelement gewährleistet eine starke diffuse Wirkung der Austrittsfläche bei gleichzeitig geringem Effizienzverlust. In accordance with at least one embodiment, the diffuser element has an optical transparency, which is dependent on the viewing angle. As a result, the efficiency loss of the radiation emitted by the semiconductor chip in the diffuser element can advantageously be minimized. Depending on the viewing angle, the diffuser element preferably has an optical transparency of at least 80%, preferably of at least 90%, particularly preferably of at least 95%, for the radiation emitted by the semiconductor chip. Such a trained diffuser element ensures a strong diffuse effect of the exit surface at the same time low efficiency loss.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Diffusorelement gerichtete transparente Fasern. Die gerichteten Fasern sind dabei vorzugsweise als Fasern in einer Richtung in einer dünnen Schicht angeordnet. Derartige gerichtete transparente Fasern kombinieren vorteilhafterweise die diffuse Wirkung des Diffusorelements mit einer hohen Transparenz, die beide vom Betrachtungswinkel abhängig sind. In accordance with at least one embodiment, the diffuser element comprises directionally transparent fibers. The directional fibers are preferably arranged as fibers in one direction in a thin layer. Such directional transparent fibers advantageously combine the diffuse effect of the diffuser element with a high transparency, both of which are dependent on the viewing angle.

Die Fasern können zum Beispiel mit optisch hoch-brechenden Nanopartikeln gebildet sein, die sich unter Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung, zum Beispiel Licht, zu Fasern organisieren. Die Nanopartikel sind dabei in ein Matrixmaterial eingebettet, das mit einem Kunststoff wie PMMA oder PC gebildet ist.For example, the fibers may be formed with optically high refractive nanoparticles that organize into fibers upon exposure to electromagnetic radiation, for example, light. The nanoparticles are embedded in a matrix material that is formed with a plastic such as PMMA or PC.

Weiter ist es möglich, dass die Fasern mit Siliziumdioxid gebildet sind oder aus Siliziumdioxid bestehen. Auch die Verwendung eines ionischen Flüssigkristallmaterials zur Bildung der Fasern ist möglich. Die Fasern sind dabei in ein Matrixmaterial eingebettet, das mit einem Kunststoff wie PMMA oder PC gebildet ist.Further, it is possible that the fibers are formed with silicon dioxide or consist of silicon dioxide. Also, the use of an ionic liquid crystal material for forming the fibers is possible. The fibers are embedded in a matrix material which is formed with a plastic such as PMMA or PC.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das asymmetrische Streuprofil des Diffusorelements derart ausgebildet, dass das Diffusorelement von einer von dem Halbleiterchip abgewandten Seite für einen Betrachter diffus weiß erscheint. Die diffuse Wirkung ist demnach derart ausgerichtet, dass von außerhalb des Bauelements betrachtet das Diffusorelement diffus weiß erscheint. Von innerhalb des Bauelements betrachtet wird die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung dabei derart ausgekoppelt, dass nur minimale Lichtverluste entstehen, sodass insgesamt ein Bauelement realisiert werden kann, das eine starke diffuse Wirkung der Austrittsfläche bei gleichzeitig geringem Effizienzverlust gewährleistet. In accordance with at least one embodiment, the asymmetrical scattering profile of the diffuser element is designed such that the diffuser element appears to be diffusely white to a viewer from a side remote from the semiconductor chip. The diffuse effect is thus oriented such that viewed outside the device, the diffuser element appears diffuse white. Viewed from within the component, the radiation emitted by the semiconductor chip is coupled out in such a way that only minimal light losses occur, so that overall a component can be realized which ensures a strong diffuse effect of the exit surface with simultaneously low loss of efficiency.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Diffusorelement als Folie ausgebildet. Das Diffusorelement ist demnach eine Folie, die kontrolliert asymmetrische Diffusoren wie beispielsweise die gerichteten transparenten Fasern umfasst. Diese Folie ist dem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung nachgeordnet. In accordance with at least one embodiment, the diffuser element is designed as a foil. The diffuser element is therefore a film which comprises controlled asymmetric diffusers, such as the directional transparent fibers. This film is arranged downstream of the semiconductor chip in the emission direction.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauelement weiter ein Gehäuse auf, das den Halbleiterchip zumindest bereichsweise umgibt, wobei das Diffusorelement an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite des Gehäuses angebracht ist. Beispielsweise ist das Diffusorelement vom Halbleiterchip beabstandet. Zwischen Diffusorelement und Halbleiterchip kann Luft angeordnet sein. In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component further has a housing which surrounds the semiconductor chip at least in regions, wherein the diffuser element is attached to a side of the housing facing the semiconductor chip. For example, the diffuser element is spaced from the semiconductor chip. Air can be arranged between the diffuser element and the semiconductor chip.

Das Gehäuse ist beispielsweise eine Abdeckung, die über den Halbleiterchip gesetzt ist. Bevorzugt ist das Gehäuse an einem Substrat oder einem Trägersubstrat, an dem der Halbleiterchip befestigt ist, befestigt. Das Gehäuse ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es den Halbleiterchip und/oder das Diffusorelement vor externen Einflüssen schützt. The housing is, for example, a cover which is placed over the semiconductor chip. Preferably, the housing is attached to a substrate or a carrier substrate to which the semiconductor chip is attached. The housing is preferably designed such that it protects the semiconductor chip and / or the diffuser element against external influences.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements folgende Verfahrensschritte auf:

A) Bereitstellen eines Halbleiterchips,
B) Herstellen eines optischen Diffusorelements mit einem asymmetrischen Streuprofil im Sol-Gel-Verfahren, und
C) Nachordnen des optischen Diffusorelements dem Halbleiterchip in Abstrahlrichtung.

In accordance with at least one embodiment, a method for producing an optoelectronic semiconductor component comprises the following method steps:

A) providing a semiconductor chip,
B) producing an optical diffuser element with an asymmetric scattering profile in the sol-gel process, and
C) Nachordnen the optical diffuser element the semiconductor chip in the emission direction.

Die in Verbindung mit dem Halbleiterbauelement angeführten Ausführungsformen, Weiterbildungen und Vorteile finden auch in Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren Anwendung und umgekehrt. The mentioned in connection with the semiconductor device embodiments, developments and advantages are also used in connection with the manufacturing process and vice versa.

Das Diffusorelement ist vorzugsweise eine Folie mit kontrolliert asymmetrischen Diffusoren. Derartige Folien lassen sich einfach im Sol-Gel-Verfahren herstellen. Dabei wird die diffuse Wirkung der kontrolliert asymmetrischen Diffusoren derart im Herstellungsverfahren ausgerichtet, dass von außen betrachtet das Diffusorelement diffus weiß erscheint. Von Richtung des Halbleiterchips betrachtet wird die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung dabei derart ausgekoppelt, dass nur minimale Lichtverluste entstehen. The diffuser element is preferably a foil with controlled asymmetric diffusers. Such films can be easily prepared in the sol-gel process. In this case, the diffuse effect of the controlled asymmetric diffusers is aligned in the manufacturing process such that viewed from the outside, the diffuser element appears diffuse white. When viewed from the direction of the semiconductor chip, the radiation emitted by the semiconductor chip is coupled out in such a way that only minimal light losses occur.

Mittels eines derartigen Herstellungsverfahrens kann ein Halbleiterbauelement realisiert werden, das eine stark diffuse Wirkung der Austrittsfläche bei gleichzeitig geringem Effizienzverlust gewährleistet. Dadurch ermöglicht sich ein einheitlicher weißer Farbeindruck bei gleichzeitig optimierter Strahlungseffizienz des Bauelements. By means of such a manufacturing method, a semiconductor component can be realized which ensures a highly diffuse effect of the exit surface with simultaneously low loss of efficiency. This allows a uniform white color impression while optimizing the radiation efficiency of the device.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Further advantages and advantageous developments of the invention will become apparent from the following in connection with the 1 and 2 described embodiments. Show it:

1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, und 1 a schematic cross section of an embodiment of a semiconductor device according to the invention, and

2 einen schematischen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels der 1 im Bereich A. 2 a schematic section of the embodiment of 1 in the area A.

In den Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Bestandteile und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile wie beispielsweise Schichten, Strukturen, Komponenten und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. In the figures, the same or equivalent components may each be provided with the same reference numerals. The illustrated components and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual components such as layers, structures, components and areas for exaggerated representability and / or better understanding can be shown exaggerated thick or large dimensions.

In 1 ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 dargestellt, das einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 und ein Diffusorelement 2 aufweist. Der Halbleiterchip 1 weist insbesondere einen Halbleiterschichtenstapel mit einer darin angeordneten aktiven Schicht zur Strahlungserzeugung auf. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip 1 eine LED. Die aktive Schicht des Halbleiterchips 1 ist geeignet, Strahlung einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren. Der größte Teil der von dem Halbleiterchip 1 emittierten Strahlung wird dabei über eine Strahlungsauskoppelfläche 1a aus dem Halbleiterchip 1 ausgekoppelt. Mit einer der Strahlungsauskoppelfläche 1a gegenüberliegenden Montagefläche 1b ist der Halbleiterchip 1 auf einem Trägersubstrat 6 angeordnet und befestigt. Das Trägersubstrat 6 weist auf der dem Halbleiterchip 1 zugewandten Seite elektrische Leiterbahnen 6a zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 1 auf. Beispielsweise ist der Halbleiterchip 1 mit der Montagefläche 1b mit einer ersten Leiterbahn elektrisch leitend verbunden. Mit einer zweiten Leiterbahn des Trägersubstrats 6 ist der Halbleiterchip 1 über einen Bonddraht 6b elektrisch kontaktiert. In 1 is an optoelectronic semiconductor device 10 illustrated, the a radiation-emitting semiconductor chip 1 and a diffuser element 2 having. The semiconductor chip 1 In particular, it has a semiconductor layer stack with an active layer for radiation generation disposed therein. Preferably, the semiconductor chip 1 an LED. The active layer of the semiconductor chip 1 is suitable for emitting radiation of a specific wavelength. Most of the of the semiconductor chip 1 emitted radiation is thereby via a radiation decoupling surface 1a from the semiconductor chip 1 decoupled. With one of the radiation decoupling surface 1a opposite mounting surface 1b is the semiconductor chip 1 on a carrier substrate 6 arranged and fastened. The carrier substrate 6 points to the the semiconductor chip 1 facing side electrical conductor tracks 6a for electrical contacting of the semiconductor chip 1 on. For example, the semiconductor chip 1 with the mounting surface 1b electrically connected to a first conductor. With a second conductor track of the carrier substrate 6 is the semiconductor chip 1 over a bonding wire 6b electrically contacted.

Das Trägersubstrat 6 ist beispielsweise eine Leiterplatte, ein so genanntes Leadframe. The carrier substrate 6 is, for example, a circuit board, a so-called leadframe.

Auf dem Trägersubstrat 6 ist weiter ein Gehäuse 4, insbesondere eine Abdeckung, angeordnet, die den Halbleiterchip 1 umgibt. Durch das Gehäuse 4 wird der Halbleiterchip 1 vorzugsweise vor externen Einflüssen wie beispielsweise Stößen geschützt. Das Gehäuse 4 ist dabei als umgedrehte U-Form ausgebildet und über den Halbleiterchip 1 gestülpt. Das Gehäuse 4 weist eine Auskoppelseite 4b auf, die auf der von dem Halbleiterchip 1 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 4 angeordnet ist. Aus dieser Auskoppelseite 4b tritt im Betrieb des Bauelements 10 der größte Teil der von dem Halbleiterchip 1 emittierten Strahlung aus dem Bauelement 10 aus. Auf einer dem Halbleiterchip 1 zugewandten Seite weist das Gehäuse 4 eine Befestigungsseite 4a auf, an der das Diffusorelement 2 befestigt und angeordnet ist. On the carrier substrate 6 is still a case 4 , In particular a cover, arranged, which the semiconductor chip 1 surrounds. Through the housing 4 becomes the semiconductor chip 1 preferably protected against external influences such as shocks. The housing 4 is designed as an inverted U-shape and over the semiconductor chip 1 slipped. The housing 4 has a decoupling side 4b on top of that from the semiconductor chip 1 opposite side of the housing 4 is arranged. From this decoupling side 4b occurs during operation of the device 10 most of the of the semiconductor chip 1 emitted radiation from the device 10 out. On a the semiconductor chip 1 facing side, the housing 4 a mounting side 4a on, at the diffuser element 2 attached and arranged.

Zwischen Diffusorelement 2 und Strahlungsauskoppelfläche 1a des Halbleiterchips 1 ist ein Abstand 5 angeordnet, der beispielsweise Luft enthält. Das Diffusorelement 2 ist demnach nicht direkt auf der Strahlungsauskoppelfläche 1a des Halbleiterchips 1 befestigt. Between diffuser element 2 and radiation decoupling surface 1a of the semiconductor chip 1 is a distance 5 arranged, for example, contains air. The diffuser element 2 is therefore not directly on the radiation output surface 1a of the semiconductor chip 1 attached.

Das Diffusorelement 2 ist dem Halbleiterchip 1 in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Insbesondere weist das Diffusorelement 2 kontrolliert asymmetrische Diffusoren wie beispielsweise gerichtete transparente Fasern 3 auf. Das Diffusorelement 2 mit den Diffusoren 3 wird unter anderem in Verbindung mit 2 näher erläutert. The diffuser element 2 is the semiconductor chip 1 downstream in the emission direction. In particular, the diffuser element has 2 controls asymmetric diffusers, such as directional transparent fibers 3 on. The diffuser element 2 with the diffusers 3 is used in conjunction with others 2 explained in more detail.

Durch das Diffusorelement 2 kann eine starke diffuse Wirkung der Auskoppelseite 4b des Bauelements realisiert werden. Gleichzeitig weist ein derart ausgebildetes Diffusorelement 2 einen minimalen Strahlungseffizienzverlust auf. Insbesondere kombinieren die Diffusoren des Diffusorelements eine diffuse Wirkung mit hoher Transparenz, wobei beides von einem Betrachtungswinkel B abhängt, also winkelselektiv ist. Die diffuse Wirkung des Diffusorelements 2 ist dabei derart gerichtet, dass von außerhalb des Bauelements betrachtet das Diffusorelement diffus weiß erscheint. Von innerhalb des Bauelements betrachtet wird das Licht des Halbleiterchips derart ausgekoppelt, dass nur minimale Lichtverluste aufgrund von Streueffekten entstehen. Es kann also ein Bauelement 10 realisiert werden, das von Sicht eines Betrachters B einen einheitlichen weißen Farbeindruck ermöglicht und gleichzeitig lediglich geringe Effizienzverluste aufgrund von Streueffekten aufweist. Through the diffuser element 2 can be a strong diffuse effect of the decoupling side 4b of the device can be realized. At the same time has such a trained diffuser element 2 a minimal loss of radiation efficiency. In particular, the diffusers of the diffuser element combine a diffuse effect with high transparency, both depending on a viewing angle B, that is, angle-selective. The diffuse effect of the diffuser element 2 is directed so that viewed from outside the device, the diffuser element appears diffuse white. Viewed from within the device, the light of the semiconductor chip is coupled out in such a way that only minimal light losses due to scattering effects arise. So it can be a component 10 can be realized, which allows a uniform white color impression from the viewpoint of an observer B and at the same time has only low efficiency losses due to scattering effects.

2 zeigt einen Ausschnitt A des Ausführungsbeispiels des Bauelements der 1, in dem das Diffusorelement 2 mit den Diffusoren 3 näher dargestellt ist. Das Diffusorelement 2 ist insbesondere ein optisches Diffusorelement, das dem Halbleiterchip 1 nachgeordnet ist und so im Betrieb des Bauelements in Wechselwirkung mit den von dem Halbleiterchip 1 emittierten Lichtstrahlen tritt. Insbesondere ist das Diffusorelement geeignet, durch Reflexion oder Transmission die Lichtstrahlen des Halbleiterchips aus ihrer ursprünglichen Ausbreitungsrichtung gezielt abzulenken. Hierzu werden die Lichtstrahlen gezielt an den Diffusoren 3 des Diffusorelements 2 diffus gestreut. Das Diffusorelement 2, insbesondere die Diffusoren 3, weist dabei ein asymmetrisches Streuprofil auf. Derartige asymmetrische Streuprofile sind dem Fachmann auch unter dem Begriff anisotrope Streuprofile bekannt. Insbesondere unterscheiden sich die Streuprofile der Diffusoren 3 winkelselektiv voneinander. Das Streuprofil des Diffusorelements 2 kann demnach derart ausgebildet sein, dass sich für jede Anwendung aus den geometrischen Gegebenheiten und der beabsichtigten optischen Wirkung ein spezifischer Blickwinkelbereich ergibt, in dem das Diffusorelement 2 Lichtanteile streut. 2 shows a section A of the embodiment of the device of 1 in which the diffuser element 2 with the diffusers 3 is shown in more detail. The diffuser element 2 is in particular an optical diffuser element, which is the semiconductor chip 1 is downstream and so in the operation of the device in interaction with the of the semiconductor chip 1 emitted light rays occurs. In particular, the diffuser element is suitable for selectively deflecting the light beams of the semiconductor chip from their original propagation direction by reflection or transmission. For this purpose, the light rays are targeted to the diffusers 3 of the diffuser element 2 diffused. The diffuser element 2 , in particular the diffusers 3 , has an asymmetric scattering profile. Such asymmetric scattering profiles are also known to the person skilled in the art under the term anisotropic scattering profiles. In particular, the scattering profiles of the diffusers differ 3 angle selective from each other. The scattering profile of the diffuser element 2 Accordingly, it can be designed such that a specific viewing angle range results for each application from the geometric conditions and the intended optical effect, in which the diffuser element 2 Light scatters.

Die Diffusoren 3 des Diffusorelements 2 sind vorzugsweise gerichtete transparente Fasern, vorzugsweise einseitig gerichtete Fasern, die in einer Richtung in einer dünnen Schicht angeordnet sind. Beispielsweise sind die Fasern in einer Folie ausgebildet. In diesem Fall ist das Diffusorelement 2 als Folie ausgebildet und auf der Befestigungsseite des Gehäuses 4 aufgebracht. Diese Folie mit darin angeordneten gerichteten Fasern ist vorzugsweise im Sol-Gel-Verfahren hergestellt. The diffusers 3 of the diffuser element 2 are preferably directional transparent fibers, preferably unidirectional fibers arranged in one direction in a thin layer. For example, the fibers are formed in a film. In this case, the diffuser element 2 designed as a film and on the mounting side of the housing 4 applied. This film with directed fibers disposed therein is preferably made in the sol-gel process.

In 2 sind Strahlenwege S dargestellt, die von dem Halbleiterchip 1 des Bauelements emittiert werden, in das Diffusorelement 2 eintreten und auf einer gegenüberliegenden Seite aus diesem wieder austreten. In dem Diffusorelement 2 werden die Lichtstrahlen dabei gezielt durch Streuung oder Transmission abgelenkt beziehungsweise beeinflusst. Lichtstrahlen S, die aufgrund der Abstrahlcharakteristik des Halbleiterchips 1 mit einer bestimmten ersten Winkelabhängigkeit auf das Diffusorelement 2 treffen, werden in dem Diffusorelement 2 derart beeinflusst, dass diese mit einer zweiten Winkelabhängigkeit auf der gegenüberliegenden Seite des Diffusorelements 2 wieder austreten. In 2 ray paths S are shown, that of the semiconductor chip 1 of the component are emitted into the diffuser element 2 enter and emerge from this on another side. In the diffuser element 2 the light beams are specifically deflected or influenced by scattering or transmission. Light rays S, due to the radiation characteristic of the semiconductor chip 1 with a certain first angular dependence on the diffuser element 2 meet in the diffuser element 2 influenced such that these with a second angular dependence on the opposite side of the diffuser element 2 exit again.

Nach dem Einfluss des Diffusorelements 2 auf die Lichtstrahlen S kann vorteilhafterweise ein einheitlicher weißer Farbeindruck des Bauelements bei einem externen Betrachter erzielt werden, der von außerhalb des Bauelements auf dieses sieht. Zudem sind die Diffusoren 3 des Diffusorelements 2 derart ausgebildet, dass in dem Diffusorelement 2 lediglich minimale Lichtverluste auftreten, sodass insgesamt ein möglichst strahlungseffizientes Bauelement erzielt werden kann. Das Diffusorelement 2 mit darin angeordneten Diffusoren 3 ermöglicht demnach eine starke diffuse Wirkung des Bauelements von einem externen Betrachter aus gesehen bei gleichzeitig geringem Strahlungseffizienzverlust. After the influence of the diffuser element 2 On the light beams S, a uniform white color impression of the device can advantageously be achieved in an external viewer, who looks at this from outside the device. In addition, the diffusers 3 of the diffuser element 2 formed such that in the diffuser element 2 Only minimal light losses occur, so that a total radiation efficient component can be achieved. The diffuser element 2 with diffusers arranged therein 3 thus allows a strong diffuse effect of the device seen from an external viewer with simultaneously low loss of radiation efficiency.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben sind. The invention is not limited by the description based on the embodiments of this, but includes any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if these features or this combination itself is not explicitly in the claims or Embodiments are given.

Claims

Optoelectronic semiconductor device ( 10 ) with a radiation-emitting semiconductor chip ( 1 ) and with an optical diffuser element ( 2 ), wherein - the optical diffuser element ( 2 ) the semiconductor chip ( 1 ) is arranged downstream in the emission direction, and - the optical diffuser element ( 2 ) has an asymmetric scattering profile.

Semiconductor component according to claim 1, wherein the diffuser element ( 2 ) has an optical diffuse effect that is dependent on the viewing angle.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the diffuser element ( 2 ) has an optical transparency that is dependent on the viewing angle.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the diffuser element ( 2 ) directed transparent fibers ( 3 ).

Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the asymmetrical scattering profile is formed such that the diffuser element ( 2 ) of one of the semiconductor chip ( 1 ) facing away from a viewer (B) appears diffuse white.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the diffuser element ( 2 ) is formed as a film.

Semiconductor component according to one of the preceding claims, further comprising: a housing ( 4 ), which the semiconductor chip ( 1 ) surrounds at least in regions, wherein the diffuser element ( 2 ) on a semiconductor chip ( 1 ) facing side ( 4a ) of the housing ( 4 ) is attached.

Semiconductor component according to claim 7, wherein the diffuser element ( 2 ) from the semiconductor chip ( 1 ) is spaced.

Semiconductor component according to claim 8, wherein between diffuser element ( 2 ) and semiconductor chip ( 1 ) Air ( 5 ) is arranged.

Method for producing an optoelectronic semiconductor component ( 10 ) comprising the following steps: A) providing a semiconductor chip ( 1 B) producing an optical diffuser element ( 2 ) with an asymmetric scattering profile in the sol-gel process, and C) rearranging the optical diffuser element ( 2 ) the semiconductor chip ( 1 ) in the emission direction.

Method according to the preceding claim, wherein a semiconductor device according to one of claims 1 to 9 is produced.