DE102012206101A1

DE102012206101A1 - Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement

Info

Publication number: DE102012206101A1
Application number: DE102012206101A
Authority: DE
Inventors: Christoph Gaerditz; Kilian Regau
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013153202A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement mit einer Schichtstruktur (1) und mit mindestens einem Abstandshalter (40) bereitgestellt. Die Schichtstruktur (1) weist mindestens eine optisch funktionelle Schicht (12) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung und mindestens eine elektrisch leitende Schicht (10, 14) auf. Der Abstandshalter (40) ist zum Vorgeben eines Abstands (32, 36) zu der elektrisch leitenden Schicht (10, 14) angeordnet. Der Abstandshalter (40) ist mit der Schichtstruktur (1) gekoppelt. Ein von der Schichtstruktur (1) abgewandter Rand (34, 38) des Abstandshalters (40) hat den vorgegebenen Abstand (32, 36) zu der elektrisch leitenden Schicht (10, 14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement mit einer Schichtstruktur. Die Schichtstruktur weist mindestens eine optisch funktionelle Schicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung und mindestens eine elektrisch leitende Schicht auf.
Bei Leuchten und/oder Lampen gibt es Normen, die gesetzlich vorgegeben und bei der Konstruktion oder dem Design der Leuchten bzw. Lampen einzuhalten sind. Eine dieser Normen definiert beispielsweise einen Sicherheitsabstand, der zu Elementen von Lichtquellen der Leuchte bzw. der Lampe eingehalten werden muss, die beispielsweise während oder nach dem Betrieb der Leuchte bzw. Lampe unter Spannung stehen können. Beispielsweise ist in Deutschland bei Leuchten ab einer Spannung von 25 V eine Luft- und Kriechstrecke (LKS) als Sicherheitsabstand einzuhalten. Dies dient zum Schutz eines Nutzers der Leuchte vor einem Stromschlag und ist beispielsweise in Normen wie der DIN EN 60598-1 festgelegt. Analoge Vorgaben gibt es beispielsweise auch für Leuchtmodule, Lightengines und Retrofit-Lampen.
Bei Licht emittierenden Halbleiter-Bauelementen wird bei der Entwicklung und der Herstellung eine optimale Ausnutzung des die emittierenden Schichten tragenden Substrats angestrebt. Dies kann dazu beispielsweise dazu beitragen, eine relativ hohe Ausbeute pro Substrat zu erreichen, was zu relativ geringen Produktionskosten beitragen kann. Eine optimale Ausnutzung des Substrat kann beispielsweise erreicht werden, indem alle Schichten, insbesondere auch stromführende oder unter Spannung stehende Elemente und/oder Schichten von Licht emittierenden Halbleiter-Bauelementen, grundsätzlich bis zu einem äußeren Rand des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements ausgebildet werden. Der Sicherheitsabstand muss dann bei der Leuchte bzw. Lampe berücksichtigt werden, in die das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement eingebaut wird.
Ferner sind Leuchtvorrichtungen bekannt, in denen Licht emittierenden Halbleiter-Bauelemente genutzt werden und bei denen kein Sicherheitsabstand eingehalten werden muss. Auch bei diesen Leuchtvorrichtungen werden Licht emittierende Halbleiter-Bauelemente genutzt, bei denen das Substrat optimal ausgenutzt ist. Das Vorsehen des Sicherheitsabstands beim Ausbilden der Schichtstruktur des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements ist somit bei diesen Leuchtvorrichtungen nicht notwendig und kann bezüglich der Lichtausbeute sogar nachteilig sein.
Es ist bekannt, das Problem des nötigen Sicherheitsabstands dadurch zu umgehen, eine maximale Spannung, die in jeglichem Falle (z.B. im Betrieb oder im Fehlerfall) an leitfähigen Teilen anliegen kann, derart zu beschränken, dass kein Sicherheitsabstand erforderlich ist, z.B. kleiner als 25V. beispielsweise können mehrere Licht emittierende Halbleiter-Bauelemente in einzelne Abschnitte unterteilt sein, bei denen die Einzelspannungen jeweils von der Spannungsversorgung technisch auf Werte begrenzt sind, dass für diese kein Sicherheitsabstand einzuhalten ist. Alternativ oder zusätzlich ist es bekannt, die Licht emittierenden Halbleiter-Bauelemente mit isolierenden Gehäusen zu umgeben.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement bereitgestellt, das auf einfache und/oder kostengünstige Weise dazu beiträgt, dass bei Verwendung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements ein vorgegebener Abstand, beispielsweise ein Sicherheitsabstand, eingehalten wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement mit einer Schichtstruktur bereitgestellt. Die Schichtstruktur weist mindestens eine optisch funktionelle Schicht zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung und mindestens eine elektrisch leitende Schicht auf. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement weist mindestens einen Abstandshalter zum Vorgeben eines Abstands zu der elektrisch leitenden Schicht auf. Der Abstandshalter ist mit der Schichtstruktur gekoppelt und ein vor der Schichtstruktur abgewandter Rand des Abstandshalters hat den vorgegebenen Abstand zu der elektrisch leitenden Schicht.
Das Anordnen des Abstandshalters bei dem Licht emittierenden Halbleiter-Bauelement trägt auf einfache und/oder kostengünstige Weise dazu bei, dass bei Verwendung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, beispielsweise in einer Leuchte oder Lampe, der vorgegebene Abstand zu der elektrisch leitenden Schicht eingehalten wird. Der vorgegebene Abstand kann beispielsweise ein gesetzlich vorgegebener Sicherheitsabstand sein. Der vorgegebene Abstand kann auch größer als der gesetzlich vorgegeben Sicherheitsabstand sein. Der Abstandshalter bildet einen um die Schichtstruktur angeordneten Überstand, durch den kein Gehäuse und/oder kein anderes Bauteil den vorgegebenen Abstand unterschreiten kann. Der Abstandshalter stellt somit auf einfach Weise die Einhaltung des vorgegeben Abstands, beispielsweise des Sicherheitsabstands, beispielsweise der LKS, sicher. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement kann in unterschiedlichen Leuchten, Leuchtmitteln, Lampen, Applikationen und Modulen verwendet werden.
Dass die elektrisch leitende Schicht elektrisch leitend ist, bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schicht grundsätzlich elektrisch leitfähig ist und/oder dass die Schicht zum Anlegen einer Spannung und/oder zum Leiten von Strom vorgesehen ist. Beispielsweise kann die elektrisch leitende Schicht vor, während oder nach einem Betrieb des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, bei dem die elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, unter Spannung stehen. Beispielsweise kann die elektrisch leitende Schicht dazu dienen, die elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Alternativ dazu kann die elektrisch leitende Schicht auch eine Schicht sein, an der funktionsbedingt eine Spannung anliegt. Dass der Rand des Abstandshalters von der Schichtstruktur abgewandt ist, heißt im Wesentlichen, dass der Rand der Schichtstruktur nicht zugewandt ist. In anderen Worten ist der Abstandshalter ein Körper, der einen, zwei oder mehr Ränder aufweist, wobei eine erste Menge der Ränder, beispielsweise einer, zwei oder mehr, der Schichtstruktur zugewandt ist und wobei alle übrigen Ränder von der Schichtstruktur abgewandt sind. Der Abstandshalter kann einstückig ausgebildet sein oder der Abstandshalter kann mehrere miteinander verbundene oder voneinander unabhängige Teilstücke aufweisen. Ferner kann ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement mehrere Abstandshalter aufweisen. Der Abstandshalter weist elektrisch isolierendes Material auf. Beispielsweise kann der Abstandshalter im Wesentlichen oder vollständig aus elektrisch isolierendem Material gebildet sein. Beispielsweise kann der Abstandshalter Keramik, eine Glasplatte und/oder Acryl aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann der Abstandshalter im Wesentlichen aus elektrisch isolierendem Material gebildet sein und ansonsten vereinzelt elektrisch leitende Abschnitte, beispielsweise Kontaktmittel und/oder Leiterbahnen, aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Abstandshalter zumindest teilweise in Richtung parallel zu den Schichten und in Richtung weg von der Schichtstruktur. Ein von der Schichtstruktur abgewandter erster Rand des Abstandshalters hat in Richtung parallel zu den Schichten einen vorgegebenen ersten Abstand zu der elektrisch leitenden Schicht. Dies trägt auf einfache Weise dazu bei, dass bei Verwendung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements in Richtung parallel zu der Schichtstruktur der vorgegebene Abstand eingehalten wird. Der erste Rand kann beispielsweise einer der vorstehend erläuterten Ränder des Abstandhalters sein. Der vorgegebene erste Abstand kann beispielsweise der vorstehend erläuterte Abstand sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Abstandshalter in Richtung senkrecht zu den Schichten und in Richtung weg von der Schichtstruktur. Ein von der Schichtstruktur abgewandter zweiter Rand des Abstandshalters hat in Richtung senkrecht zu den Schichten einen vorgegebenen zweiten Abstand zu der elektrisch leitenden Schicht. Dies trägt dazu bei, dass bei Verwendung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements der vorgegebene Abstand senkrecht zu der Schichtstruktur eingehalten wird. Der vorgegebene zweite Abstand kann dem vorgegebenen ersten Abstand entsprechen oder von diesem unterschiedlich sein. Der sich parallel zu den Schichten erstreckende Abstandshalter kann derselbe Abstandshalter sein wie der, der sich senkrecht zu den Schichten erstreckt. In anderen Worten kann sich der Abstandshalter senkrecht und/oder parallel zu den Schichten erstrecken und entsprechend senkrecht und/oder parallel zu den Schichten den jeweiligen Abstand vorgeben. Alternativ dazu können auch zwei oder mehr Abstandshalter angeordnet sein, wobei sich ein, zwei oder mehr der Abstandshalter parallel zu den Schichten erstrecken und wobei sich ein, zwei oder mehr der Abstandshalter senkrecht zu den Schichten erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die elektrisch leitende Schicht eine Elektrodenschicht zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die optische funktionelle Schicht. Beispielsweise kann die Schichtstruktur zwei elektrisch leitende Schichten aufweisen, die als Elektrodenschichten, beispielsweise als Anodenschicht und als Kathodenschicht ausgebildet sind. Die optische funktionelle Schicht kann dann beispielsweise zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordnet sein und mit Hilfe einer an die Elektrodenschichten angelegten Spannung zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung angeregt werden. Der Abstandshalter trägt dann einfach dazu bei, bei Verwendung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements den vorgegebenen Abstand zu der bzw. den Elektrodenschichten des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements einzuhalten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der vorgegebene Abstand ein gesetzlich vorgegebener Sicherheitsabstand. Beispielsweise können der vorgegebene erste Abstand und der vorgegebenen zweite Abstand dem gesetzlich vorgegebenen Sicherheitsabstand entsprechend. Beispielsweise können für den vorgegebenen ersten Abstand und für den vorgegebenen zweiten Abstand gleiche oder jeweils unterschiedliche gesetzlich vorgegebene Sicherheitsabstände gelten. Der vorgegebene erste bzw. zweite Abstand ist dann entsprechend ausgebildet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement eine erste Seite und eine von der ersten Seite abgewandte zweite Seite auf. Die elektromagnetische Strahlung verlässt das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement mindestens auf der ersten Seite. Der Abstandshalter ist mindestens auf der zweiten Seite angeordnet. Dies kann auf dazu beitragen, den Abstandshalter auf einfache Weise an der Schichtstruktur zu befestigen. Ferner kann der Abstandshalter dazu verwendet werden, das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement zu befestigen. Ferner kann der Abstandshalter einen Schutz für die Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements bilden beispielsweise gegenüber mechanischen Einwirkungen. Beispielsweise ist die erste Seite eine Vorderseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, wobei dann das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement auch als Top-Emitter bezeichnet werden kann. Der Abstandshalter ist dann mindestens auf einer von der Vorderseite abgewandten Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements angeordnet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen verlässt die elektromagnetische Strahlung das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement mindestens auf der ersten Seite und der Abstandshalter ist mindestens auf der ersten Seite angeordnet. Dies ermöglicht, den Abstandshalter auf einfache Art und Weise an der Schichtstruktur zu befestigen. Beispielsweise ist die erste Seite eine Vorderseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, wobei dann das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement auch als Top-Emitter bezeichnet werden kann. Der Abstandshalter kann dann dazu genutzt werden, die elektromagnetische Strahlung zu beeinflussen, beispielsweise zu streuen, zu konvertieren oder in eine Richtung zu richten. Ferner kann der Abstandshalter einen Schutz für die Vorderseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements bilden beispielsweise gegenüber mechanischen Einwirkungen.
Der Abstandshalter an der ersten Seite kann zusätzlich oder alternativ zu dem Abstandshalter auf der zweiten Seite angeordnet sein. Ferner kann das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement ein Bottom-Emitter sein und der bzw. die Abstandshalter können auf der ersten und/oder zweiten Seite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements angeordnet sein. Außerdem kann das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement ein Top- und Bottom-Emitter sein, beispielsweis eine transparente OLED, und der bzw. die Abstandshalter können auf der ersten und/oder zweiten Seite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Abstandshalter eine Aufnahmeausnehmung auf. Die Schichten und/oder weitere Schichten der Schichtstruktur und/oder eine mit der Schichtstruktur gekoppelte Wärmesenke sind zumindest teilweise in der Aufnahmeausnehmung angeordnet. Beispielsweise können eine Trägerschicht, ein Träger und/oder ein Substrat der Schichtstruktur durch die Aufnahmeausnehmung hindurch oder in die Aufnahmeausnehmung ragen. Die Wärmesenke kann beispielsweise eine Graphit- oder Aluminiumschicht sein, die beispielsweise auf der Rückseite der Schichtstruktur aufgebracht ist. Über die Wärmesenke kann eine Wärmeankopplung der Schichtstruktur erfolgen, so dass während des Betriebs des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements entstehende Wärme schnell und effektiv aus dem Licht emittierenden Halbleiter-Bauelement abgeführt werden kann. In anderen Worten kann eine Wärmekopplung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements über die Aufnahmeausnehmung des Abstandhalters erfolgen. Die Wärmesenke kann auch zur Wärmespreizung und/oder zur Wärmeverteilung, beispielsweise zu einer gleichmäßigen Wärmeverteilung dienen und/oder beitragen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Abstandshalter zum Koppeln mit der Schichtstruktur mindestens eine Koppelausnehmung auf. Die Koppelausnehmung ist beispielsweise dazu ausgebildet, dass durch sie ein Mittel zum Koppeln des Abstandshalters mit der Schichtstruktur geführt werden kann. Beispielsweise kann über die Koppelausnehmung Lötzinn zwischen den Abstandshalter und die Schichtstruktur geführt werden, so dass der Abstandshalter mit der Schichtstruktur über eine Lötverbindung gekoppelt ist. Die Koppelausnehmung kann in diesem Zusammenhang auch als Löt-Auge oder als Löt-Via bezeichnet werden. Die Lötverbindung kann zur mechanischen Kopplung von Abstandshalter an Schichtstruktur und/oder zur elektrischen Kopplung der Schichtstruktur über den Abstandshalter dienen. Alternativ oder zusätzlich zu der dem Herstellen der Lötverbindung über die Koppelausnehmung kann die Lötverbindung auch seitlich beispielsweise mit Hilfe einer flachen Lötspitze hergestellt werden. Optional kann dann auf die Koppelausnehmung verzichtet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Schichtstruktur mindestens eine Kontaktleiste auf, mit der Abstandshalter gekoppelt ist. Die Kontaktleiste dient beispielsweise zum Kontaktieren der Schichtstruktur, beispielsweise zum Anlegen einer Spannung an die elektrisch leitende Schicht, beispielsweise die Elektrodenschichten. Der Abstandshalter kann rein zur mechanischen Befestigung des Abstandshalters mit der Kontaktleiste gekoppelt sein und/oder der Abstandshalter kann zur elektrischen Ankopplung der Kontaktleiste mit der Kontaktleiste über den Abstandshalter gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Abstandshalter eine Leiterplatte auf. Die Leiterplatte kann beispielsweise keramische Isolationsmaterialien, Kunststoff und/oder ein Kunstharz aufweisen. Beispielsweise kann die Leiterplatte eine Metallkernplatine sein, die zumindest teilweise in eine elektrisch isolierende Keramik eingebettet ist. Ferner können Fasermatten in den Kunststoff bzw. das Kunstharz eingebettet sein. Beispielsweise weist der Abstandshalter eine FR4-Leiterplatte oder eine FR5-Leiterplatte auf. Dies kann dazu beitragen, den Abstandshalter einfach und kostengünstige herzustellen. Ferner kann dies dazu beitragen, die Kontaktleisten und/oder die Schichtstruktur auf einfache Weise kontaktieren zu können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist die Leiterplatte mindestens eine Leiterbahn auf, die mit der Kontaktleiste gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Leiterbahn über die Koppelausnehmung mit der Kontaktleiste gekoppelt sein. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement kann dann über die Leiterbahn der Leiterplatte einfach kontaktiert werden. Dies kann dazu beitragen, das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement bei seiner Verwendung einfach in einer übergeordneten Vorrichtung anzuordnen und anzuschließen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Schichtstrukturen der Abstandshalter mindestens je eine Orientierungsmarke auf. Die Orientierungsmarken sind einander zugeordnet. Dies kann auf einfach Weise zu einem einfachen und/oder präzisen Herstellen des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements beitragen. Durch die Orientierungsmarken ist der Abstandshalter so bezüglich der Schichtstruktur ausgerichtet, dass die Leiterplatte bestimmungsgemäß zu der Kontaktleiste ausgerichtet ist. In anderen Worten geben die Orientierungsmarken eine relative Orientierung der Schichtstruktur, insbesondere der Kontaktleiste auf der Schichtstruktur, zu dem Abstandshalter beim Herstellen des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements vor. Beispielsweise können die körperlichen Strukturen der Schichtstruktur und des Abstandshalters so ausgebildet sein, dass grundsätzlich unterschiedliche relative Orientierung des Abstandshalters zu der Schichtstruktur möglich sind. Die Orientierungsmarken können dann dazu beitragen, dass die Schichtstruktur und der Abstandshalter dennoch eine eindeutige Orientierung zueinander haben. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn eine nicht bestimmungsgemäße Orientierungen beispielsweise zu einer falschen Kontaktierung (Verpolung) der Schichtstruktur führen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist der Abstandshalter eine optische Schicht auf. Die optische Schicht wirkt sich auf die elektromagnetische Strahlung aus, die in der optisch funktionellen Schicht erzeugt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Abstandshalter auf der Seite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements angeordnet ist, auf der die elektromagnetische Strahlung emittiert wird. Die elektromagnetische Strahlung tritt dann durch den Abstandshalter und kann von diesem auf vorgegebene Art und Weise beeinflusst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die optische Schicht eine Streuschicht und/oder Konversionsschicht. Die Streuschicht dient dazu, die in der optisch funktionellen Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung zu streuen. Die Konversionsschicht dient dazu, die elektromagnetische Strahlung zu konvertieren und beispielsweise die Wellenlängen der erzeugten elektromagnetischen Strahlung hin zu längeren oder kürzeren Wellenlängenbereichen zu verschieben. In anderen Worten kann der Abstandshalter als Konversionselement dienen, wie es beispielsweise aus Remote-Phosphor- und/oder LARP-Anwendungen bekannt ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement eine mit der Schichtstruktur gekoppelte Wärmesenke auf. Der Abstandshalter ist dann beispielsweise so ausgebildet, dass durch ihn mindestens der vorgegebene erste Abstand zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der Wärmesenke vorgegeben ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Schichtstruktur für ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement,
2 eine Ansicht einer Vorderseite eines Ausführungsbeispiels eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
3 eine Ansicht einer Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements gemäß 2,
4 eine Schnittdarstellung durch das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement gemäß 2,
5 eine Ansicht einer Rückseite eines Ausführungsbeispiels eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
6 eine Schnittdarstellung durch das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement gemäß 5,
7 eine Ansicht einer Vorderseite eines Ausführungsbeispiels eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
8 eine Schnittdarstellung durch das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement gemäß 7,
9 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
10 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
11 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
12 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
13 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
14 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements,
15 ein Ausführungsbeispiel eines Abstandshalters und ein Ausführungsbeispiel einer Schichtstruktur,
16 ein Ausführungsbeispiel eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Ein Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen als eine Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) oder eine organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED) oder als ein Licht emittierender Transistor oder organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiter-Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Schichtstruktur 1 eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement ist bei diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise eine organische Leuchtdiode.
Die Schichtstruktur 1 weist beispielsweise einen Träger 2 auf. Der Träger 2 kann beispielsweise als ein Trägerelement für elektronische Elemente oder Schichten, beispielsweise Licht emittierende Elemente, dienen. Beispielsweise kann der Träger 2 Glas, Quarz, und/oder ein Halbleitermaterial oder irgendein anderes geeignetes Material aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Träger 2 eine Metallfolie, eine Kunststofffolie und/oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Kunststoff kann ein oder mehrere Polyolefine (beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher oder niedriger Dichte oder Polypropylen (PP)) aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyester und/oder Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethersulfon (PES) und/oder Polyethylennaphthalat (PEN) aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Träger 2 kann eines oder mehrere der oben genannten Materialien aufweisen. Der Träger 2 kann transluzent oder sogar transparent ausgeführt sein.
Unter dem Begriff „transluzent“ bzw. „transluzente Schicht“ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen verstanden werden, dass eine Schicht für Licht durchlässig ist, beispielsweise für das von dem Licht emittierenden Bauelement erzeugte Licht, beispielsweise einer oder mehrerer Wellenlängenbereiche, beispielsweise für Licht in einem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts (beispielsweise zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm). Beispielsweise ist unter dem Begriff „transluzente Schicht“ in verschiedenen Ausführungsbeispielen zu verstehen, dass im Wesentlichen die gesamte in eine Struktur (beispielsweise eine Schicht) eingekoppelte Lichtmenge auch aus der Struktur (beispielsweise Schicht) ausgekoppelt wird, wobei ein Teil des Lichts hierbei gestreut werden kann
Unter dem Begriff „transparent“ oder „transparente Schicht“ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen verstanden werden, dass eine Schicht für Licht durchlässig ist (beispielsweise zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs von 380 nm bis 780 nm), wobei in eine Struktur (beispielsweise eine Schicht) eingekoppeltes Licht im Wesentlichen ohne Streuung oder Lichtkonversion auch aus der Struktur (beispielsweise Schicht) ausgekoppelt wird. Somit ist „transparent“ in verschiedenen Ausführungsbeispielen als ein Spezialfall von „transluzent“ anzusehen.
Für den Fall, dass beispielsweise ein Licht emittierendes monochromes oder im Emissionsspektrum begrenztes elektronisches Halbleiter-Bauelement bereitgestellt werden soll, ist es ausreichend, dass die optisch transluzente Schichtstruktur zumindest in einem Teilbereich des Wellenlängenbereichs des gewünschten monochromen Lichts oder für das begrenzte Emissionsspektrum transluzent ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die organische Leuchtdiode (oder auch allgemein das bzw. die Licht emittierenden Halbleiter-Bauelemente gemäß den oben oder noch im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen) als ein Top- und/oder Bottom-Emitter eingerichtet sein. Ein Top- und Bottom-Emitter kann auch als optisch transparentes Bauelement, beispielsweise eine transparente organische Leuchtdiode, bezeichnet werden. Bei einem Top-Emitter emittiert das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement das Licht an der Vorderseite und bei einem Bottom-Emitter emittiert das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement das Licht an der Rückseite. Bei einem Top- und Bottom-Emitter emittiert das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement das Licht an der Vorderseite und an der Rückseite.
Die Schichtstruktur 1 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen beispielsweise eine optional auf oder über dem Träger 2 angeordnete Barriereschicht 4 aufweisen. Die Barriereschicht 4 kann eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid Lanthaniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminiumdotiertes Zinkoxid, sowie Mischungen und Legierungen derselben. Ferner kann die Barriereschicht 4 in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von 0,1 nm (eine Atomlage) bis 5000 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 10 nm bis 200 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von 40 nm.
Die Schichtstruktur 1 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen einen auf oder über der Barriereschicht 4 angeordneten elektrisch aktiven Bereich 6 des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements aufweisen. Der elektrisch aktive Bereich 6 kann als der Bereich des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements verstanden werden, in dem ein elektrischer Strom zum Betrieb des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements fließt. In verschiedenen Ausführungsbeispielen weist das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement eine, zwei oder mehr elektrisch leitende Schichten auf. Beispielsweise weist der elektrisch aktive Bereich 6 als erste elektrisch leitende Schicht eine erste Elektrodenschicht 10 und als zweite elektrisch leitende Schicht eine zweite Elektrodenschicht 14 auf. Ferner weist bei verschiedenen Ausführungsbeispielen der elektrisch aktive Bereich eine organische funktionelle Schicht 12 auf. Alternativ oder zusätzlich können noch weitere Schichten der Schichtstruktur 1 des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements elektrisch leitend ausgebildet sein. Als elektrisch leitende Schicht ist jegliche Schicht des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements zu verstehen, an der vor, während oder nach einem Betrieb des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, bei dem Licht erzeugt wird, eine Spannung anliegen und/oder durch die ein Strom fließen kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann auf oder über der Barriereschicht 4 (oder, wenn die Barriereschicht 4 nicht vorhanden ist, auf oder über dem Träger 2) die erste Elektrodenschicht 10 aufgebracht sein. Die erste Elektrodenschicht 10 (im Folgenden auch als untere Elektrodenschicht 10 bezeichnet) kann aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, wie beispielsweise aus einem Metall oder einem leitfähigen transparenten Oxid (transparent conductive oxide, TCO) oder einem Schichtenstapel mehrerer Schichten desselben Metalls oder unterschiedlicher Metalle und/oder desselben TCO oder unterschiedlicher TCOs. Transparente leitfähige Oxide sind transparente, leitfähige Materialien, beispielsweise Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, oder Indium-Zinn-Oxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂, oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise AlZnO, Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In4Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitfähiger Oxide zu der Gruppe der TCOs und können in verschiedenen Ausführungsbeispielen eingesetzt werden. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können ferner p-dotiert oder n-dotiert sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrodenschicht 10 ein Metall aufweisen; beispielsweise Ag, Pt, Au, Mg, Al, Ba, In, Ag, Au, Mg, Ca, Sm oder Li, sowie Verbindungen, Kombinationen oder Legierungen dieser Materialien. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrodenschicht 10 gebildet sein aus einem Schichtenstapel einer Kombination einer Schicht eines Metalls auf einer Schicht eines TCOs, oder umgekehrt. Ein Beispiel ist eine Silberschicht, die auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO) aufgebracht ist (Ag auf ITO) oder ITO-Ag-ITO Multischichten. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrodenschicht 10 eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Materialien: Netzwerke aus metallischen Nanodrähten und -teilchen, beispielsweise aus Ag; Netzwerke aus Kohlenstoff-Nanoröhren; Graphen-Teilchen und -Schichten; Netzwerke aus halbleitenden Nanodrähten. Ferner kann die erste Elektrodenschicht 10 elektrisch leitfähige Polymere oder Übergangsmetalloxide oder elektrisch leitfähige transparente Oxide aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die erste Elektrodenschicht 10 und der Träger 2 transluzent oder transparent ausgebildet sein. In dem Fall, dass die erste Elektrodenschicht 10 aus einem Metall gebildet ist, kann die erste Elektrodenschicht 10 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von kleiner oder gleich 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 18 nm. Weiterhin kann die erste Elektrodenschicht 10 beispielsweise Schichtdicken größer oder gleich 10 nm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke größer oder gleich 15 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die erste Elektrodenschicht 10 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von 10 nm bis 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 10 nm bis 18 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 15 nm bis 18 nm. Weiterhin kann für den Fall, dass die erste Elektrodenschicht 10 aus einem leitfähigen transparenten Oxid (TCO) gebildet ist, die erste Elektrodenschicht 10 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von 50 nm bis 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 75 nm bis 250 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 nm bis 150 nm. Ferner kann für den Fall, dass die erste Elektrodenschicht 10 aus beispielsweise einem Netzwerk aus metallischen Nanodrähten, beispielsweise aus Ag, die mit leitfähigen Polymeren kombiniert sein können, einem Netzwerk aus Kohlenstoff-Nanoröhren, die mit leitfähigen Polymeren kombiniert sein können, oder aus Graphen-Schichten und Kompositen gebildet ist, die erste Elektrodenschicht 10 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von 1 nm bis 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 10 nm bis 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke in einem Bereich von 40 nm bis 250 nm.
Die erste Elektrodenschicht 10 kann als Anode, also als Löcher injizierende Elektrodenschicht ausgebildet sein oder als Kathode, also als eine Elektronen injizierende Elektrodenschicht.
Die erste Elektrodenschicht 10 kann einen ersten elektrischen Anschluss aufweisen, an den ein erstes elektrisches Potential (bereitgestellt von einer nicht dargestellten Energiequelle, beispielsweise einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle) anlegbar ist. Alternativ kann das erste elektrische Potential an den Träger 2 angelegt werden oder sein und darüber dann mittelbar an der ersten Elektrodenschicht 10 angelegt werden bzw. sein. Das erste elektrische Potential kann beispielsweise das Massepotential oder ein anderes vorgegebenes Bezugspotential sein.
Der elektrisch aktive Bereich 6 des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements kann eine optisch funktionelle Schicht 12 aufweisen, die auf oder über der ersten Elektrodenschicht 10 aufgebracht ist. Die optisch funktionelle Schicht 12 kann beispielsweise eine, zwei oder mehr Teilschichten aufweisen. Ein, zwei oder mehr der Teilschichten können beispielsweise eine organische elektrolumineszente Schicht oder Schichtenfolge aufweisen.
Die optisch funktionelle Schicht 12 kann eine oder mehrere Emitterschichten 18, beispielsweise mit fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Emittern, aufweisen, sowie eine oder mehrere Lochleitungsschichten 16 (auch bezeichnet als Lochtransportschicht(en)). In verschiedenen Ausführungsbeispielen können alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere Elektronenleitungsschichten 16 (auch bezeichnet als Elektronentransportschicht(en)) vorgesehen sein.
Beispiele für Emittermaterialien, die in dem Licht emittierenden Halbleiter-Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen für die Emitterschicht(en) 18 eingesetzt werden können, schließen organische oder organometallische Verbindungen, wie Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen (z.B. 2- oder 2,5-substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) sowie Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)-iridium III), grün phosphoreszierendes Ir(ppy)₃ (Tris(2-phenylpyridin)iridium III), rot phosphoreszierendes Ru (dtb-bpy)₃·2(PF₆) (Tris[4,4’-di-tertbutyl-(2,2’)-bipyridin]ruthenium(III)komplex) sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4,4-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl), grün fluoreszierendes TTPA (9,10-Bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracen) und rot fluoreszierendes DCM2 (4-Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter ein. Solche nichtpolymeren Emitter sind beispielsweise mittels thermischen Verdampfens abscheidbar. Ferner können Polymeremitter eingesetzt werden, welche insbesondere mittels eines nasschemischen Verfahrens, wie beispielsweise einem Aufschleuderverfahren (auch bezeichnet als Spin Coating), abscheidbar sind.
Die Emittermaterialien können in geeigneter Weise in einem Matrixmaterial eingebettet sein. Ferner können alternativ oder zusätzlich andere geeignete Emittermaterialien vorgesehen sein.
Die Emittermaterialien der Emitterschicht(en) 18 des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements können beispielsweise so ausgewählt sein, dass das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement Weißlicht emittiert. Die Emitterschicht(en) 18 kann/können mehrere verschiedenfarbig (zum Beispiel blau und gelb oder blau, grün und rot) emittierende Emittermaterialien aufweisen, alternativ kann/können die Emitterschicht(en) 18 auch aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein, wie einer blau fluoreszierenden Emitterschicht 18 oder blau phosphoreszierenden Emitterschicht 18, einer grün phosphoreszierenden Emitterschicht 18 und einer rot phosphoreszierenden Emitterschicht 18. Durch die Mischung der verschiedenen Farben kann Licht mit einem weißen Farbeindruck erzeugt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, im Strahlengang der durch diese Schichten erzeugten Primäremission ein Konvertermaterial, beispielsweise in einer Konversionsschicht, anzuordnen, das die Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und eine Sekundärstrahlung anderer Wellenlänge emittiert, so dass sich aus einer (noch nicht weißen) Primärstrahlung durch die Kombination von primärer Strahlung und sekundärer Strahlung ein weißer Farbeindruck ergibt. Eine derartige Konversionsschicht kann somit dazu dienen einen Wellenlängenbereich der Primärstrahlung oder Anregungsstrahlung zu verschieben.
Die optisch funktionelle Schicht 12 kann allgemein eine oder mehrere elektrolumineszente Schichten aufweisen. Die eine oder mehreren elektrolumineszenten Schichten kann oder können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules“) oder eine Kombination dieser Materialien aufweisen. Beispielsweise kann die optisch funktionelle Schicht 12 eine oder mehrere elektrolumineszente Schichten aufweisen, die als Lochtransportschicht 20 ausgeführt ist oder sind, so dass beispielsweise in dem Fall einer OLED eine effektive Löcherinjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich ermöglicht wird. Alternativ kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die optisch funktionelle Schicht 12 eine oder mehrere funktionelle Schichten aufweisen, die als Elektronentransportschicht 16 ausgeführt ist oder sind, so dass beispielsweise in einer OLED eine effektive Elektroneninjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich ermöglicht wird. Als Material für die Lochtransportschicht 20 können beispielsweise tertiäre Amine, Carbazoderivate, leitendes Polyanilin oder Polythylendioxythiophen verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann oder können die eine oder die mehreren elektrolumineszenten Schichten als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Lochtransportschicht 20 auf oder über der ersten Elektrodenschicht 10 aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein, und die Emitterschicht 18 kann auf oder über der Lochtransportschicht 20 aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Elektronentransportschicht 16 auf oder über der Emitterschicht 18 aufgebracht, beispielsweise abgeschieden, sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die optisch funktionelle Schicht 12 (also beispielsweise die Summe der Dicken von Lochtransportschicht(en) 20 und Emitterschicht(en) 18 und Elektronentransportschicht(en) 16) eine Schichtdicke aufweisen von maximal 1,5 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 1,2 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 1 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 800 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 300 nm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die optisch funktionelle Schicht 12 beispielsweise einen Stapel von mehreren direkt übereinander angeordneten organischen Leuchtdioden (OLEDs) aufweisen, wobei jede OLED beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen kann von maximal 1,5 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 1,2 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 1 µm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 800 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 500 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 400 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von maximal 300 nm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die optisch funktionelle Schicht 12 beispielsweise einen Stapel von zwei, drei oder vier direkt übereinander angeordneten OLEDs aufweisen, in welchem Fall beispielsweise die optisch funktionelle Schicht 12 eine Schichtdicke aufweisen kann von maximal ungefähr 3 µm.
Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement kann optional allgemein weitere organische Funktionsschichten, beispielsweise angeordnet auf oder über der einen oder mehreren Emitterschichten 18 oder auf oder über der oder den Elektronentransportschicht(en) 16 aufweisen, die dazu dienen, die Funktionalität und damit die Effizienz des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements weiter zu verbessern, beispielsweise Einkoppelschichten, Auskoppelschichten oder Streuschichten.
Auf oder über der optisch funktionellen Schicht 12 oder gegebenenfalls auf oder über der einen oder den mehreren weiteren organischen funktionellen Schichten kann die zweite Elektrodenschicht 14 (beispielsweise in Form einer zweiten Elektrodenschicht 14) aufgebracht sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrodenschicht 14 die gleichen Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein wie die erste Elektrodenschicht 10, wobei in verschiedenen Ausführungsbeispielen Metalle besonders geeignet sind. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrodenschicht 14 beispielsweise eine Schichtdicke aufweisen von kleiner oder gleich 50 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 45 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 40 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 35 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 30 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 25 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 20 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 15 nm, beispielsweise eine Schichtdicke von kleiner oder gleich 10 nm.
Die zweite Elektrodenschicht 14 kann allgemein in ähnlicher Weise ausgebildet sein wie die erste Elektrodenschicht 10, oder unterschiedlich zu dieser. Die zweite Elektrodenschicht 14 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen aus einem oder mehreren der Materialien und mit der jeweiligen Schichtdicke ausgebildet sein, wie oben im Zusammenhang mit der ersten Elektrodenschicht 10 beschrieben. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die erste Elektrodenschicht 10 und die zweite Elektrodenschicht 14 beide transluzent oder transparent ausgebildet. Somit kann das in 1 dargestellte Licht emittierende Halbleiter-Bauelement als Top- und/oder Bottom-Emitter, beispielsweise als transparentes Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement ausgebildet sein.
Die zweite Elektrodenschicht 14 kann als Anode, also als Löcher injizierende Elektrodenschicht ausgebildet sein oder als Kathode, also als eine Elektronen injizierende Elektrodenschicht.
Die zweite Elektrodenschicht 14 kann einen zweiten elektrischen Anschluss aufweisen, an den ein zweites elektrisches Potential (welches unterschiedlich ist zu dem ersten elektrischen Potential), beispielsweise bereitgestellt von der Energiequelle, anlegbar ist. Das zweite elektrische Potential kann beispielsweise einen Wert aufweisen derart, dass die Differenz zu dem ersten elektrischen Potential einen Wert in einem Bereich von 1,5 V bis 20 V aufweist, beispielsweise einen Wert in einem Bereich von 2,5 V bis 15 V, beispielsweise einen Wert in einem Bereich von 3 V bis 12 V.
Auf oder über der zweiten Elektrodenschicht 14 und damit auf oder über dem elektrisch aktiven Bereich 6 kann optional noch eine Verkapselung 8, beispielsweise in Form einer Barrierendünnschicht 8 oder Dünnschichtverkapselung gebildet werden oder sein.
Unter einer „Barrierendünnschicht“ bzw. einem „Barriere-Dünnfilm“ 8 kann im Rahmen dieser Anmeldung beispielsweise eine Schicht oder eine Schichtstruktur verstanden werden, die dazu geeignet ist, eine Barriere gegenüber chemischen Verunreinigungen bzw. atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Wasser (Feuchtigkeit) und Sauerstoff, zu bilden. Mit anderen Worten ist die Barrierendünnschicht 8 derart ausgebildet, dass sie von Stoffen, die das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement schädigen könnnen, wie Wasser, Sauerstoff oder Lösemittel, nicht oder höchstens zu sehr geringen Anteilen durchdrungen werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Barrierendünnschicht 8 als eine einzelne Schicht (anders ausgedrückt, als Einzelschicht) ausgebildet sein. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Barrierendünnschicht 8 eine Mehrzahl von aufeinander ausgebildeten Teilschichten aufweisen. Mit anderen Worten kann gemäß einer Ausgestaltung die Barrierendünnschicht 8 als Schichtstapel (Stack) ausgebildet sein. Die Barrierendünnschicht 8 oder eine oder mehrere Teilschichten der Barrierendünnschicht 8 können beispielsweise mittels eines geeigneten Abscheideverfahrens gebildet werden, z.B. mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens (Atomic Layer Deposition (ALD)) gemäß einer Ausgestaltung, z.B. eines plasmaunterstützten Atomlagenabscheideverfahrens (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition (PEALD)) oder eines plasmalosen Atomlageabscheideverfahrens (Plasma-less Atomic Layer Deposition (PLALD)), oder mittels eines chemischen Gasphasenabscheideverfahrens (Chemical Vapor Deposition (CVD)) gemäß einer anderen Ausgestaltung, z.B. eines plasmaunterstützten Gasphasenabscheideverfahrens (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)) oder eines plasmalosen Gasphasenabscheideverfahrens (Plasma-less Chemical Vapor Deposition (PLCVD)), oder alternativ mittels anderer geeigneter Abscheideverfahren.
Durch Verwendung eines Atomlagenabscheideverfahrens (ALD) können sehr dünne Schichten abgeschieden werden. Insbesondere können Schichten abgeschieden werden, deren Schichtdicken im Atomlagenbereich liegen. Gemäß einer Ausgestaltung können bei einer Barrierendünnschicht 8, die mehrere Teilschichten aufweist, alle Teilschichten mittels eines Atomlagenabscheideverfahrens gebildet werden. Eine Schichtenfolge, die nur ALD-Schichten aufweist, kann auch als „Nanolaminat“ bezeichnet werden. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung können bei einer Barrierendünnschicht 8, die mehrere Teilschichten aufweist, eine oder mehrere Teilschichten der Barrierendünnschicht 8 mittels eines anderen Abscheideverfahrens als einem Atomlagenabscheideverfahren abgeschieden werden, beispielsweise mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens.
Die Barrierendünnschicht 8 kann gemäß einer Ausgestaltung eine Schichtdicke von 0.1 nm (eine Atomlage) bis 1000 nm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von 10 nm bis 1 nm gemäß einer Ausgestaltung, beispielsweise 40 nm gemäß einer Ausgestaltung.
Gemäß einer Ausgestaltung, bei der die Barrierendünnschicht 8 mehrere Teilschichten aufweist, können alle Teilschichten dieselbe Schichtdicke aufweisen. Gemäß einer anderen Ausgestaltung können die einzelnen Teilschichten der Barrierendünnschicht 8 unterschiedliche Schichtdicken aufweisen. Mit anderen Worten kann mindestens eine der Teilschichten eine andere Schichtdicke aufweisen als eine oder mehrere andere der Teilschichten.
Die Barrierendünnschicht 8 oder die einzelnen Teilschichten der Barrierendünnschicht 8 können gemäß einer Ausgestaltung als transluzente oder transparente Schicht ausgebildet sein.
Mit anderen Worten kann die Barrierendünnschicht 8 (oder die einzelnen Teilschichten der Barrierendünnschicht 8) aus einem transluzenten oder transparenten Material (oder einer Materialkombination, die transluzent oder transparent ist) bestehen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Barrierendünnschicht 8 oder (im Falle eines Schichtenstapels mit einer Mehrzahl von Teilschichten) eine oder mehrere der Teilschichten der Barrierendünnschicht 8 eines der nachfolgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid Lanthaniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminiumdotiertes Zinkoxid, sowie Mischungen und Legierungen derselben. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Barrierendünnschicht 8 oder (im Falle eines Schichtenstapels mit einer Mehrzahl von Teilschichten) eine oder mehrere der Teilschichten der Barrierendünnschicht 8 ein oder mehrere hochbrechende Materialien aufweisen, anders ausgedrückt ein oder mehrere Materialien mit einem hohen Brechungsindex, beispielsweise mit einem Brechungsindex von mindestens 2.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann auf oder über der Barrierendünnschicht 8 ein Klebstoff und/oder ein Schutzlack 24 vorgesehen sein, mittels dessen beispielsweise eine Abdeckung 26 (beispielsweise eine Glasabdeckung) auf der Barrierendünnschicht 8 befestigt, beispielsweise aufgeklebt ist. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die optisch transluzente Schicht aus Klebstoff und/oder Schutzlack 24 eine Schichtdicke von größer als 1 µm aufweisen, beispielsweise eine Schichtdicke von mehreren µm. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Klebstoff einen Laminations-Klebstoff aufweisen oder ein solcher sein.
In die Schicht des Klebstoffs (auch bezeichnet als Kleberschicht) können in verschiedenen Ausführungsbeispielen Licht streuende Partikel eingebettet sein, die zu einer weiteren Verbesserung des Farbwinkelverzugs und der Auskoppeleffizienz führen können. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können als Licht streuende Partikel beispielsweise dielektrische Streupartikel vorgesehen sein wie beispielsweise Metalloxide wie z.B. Siliziumoxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumoxid (ZrO2), Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Indium-Zink-Oxid (IZO), Galliumoxid (Ga2Oa) Aluminiumoxid, oder Titanoxid. Auch andere Partikel können geeignet sein, sofern sie einen Brechungsindex haben, der von dem effektiven Brechungsindex der Matrix der transluzenten Schichtstruktur verschieden ist, beispielsweise Luftblasen, Acrylat, oder Glashohlkugeln. Ferner können beispielsweise metallische Nanopartikel, Metalle wie Gold, Silber, Eisen-Nanopartikel, oder dergleichen als lichtstreuende Partikel vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann zwischen der zweiten Elektrodenschicht 14 und der Schicht aus Klebstoff und/oder Schutzlack 24 noch eine elektrisch isolierende Schicht (nicht dargestellt) aufgebracht werden oder sein, beispielsweise SiN, beispielsweise mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 300 nm bis 1,5 µm, beispielsweise mit einer Schichtdicke in einem Bereich von 500 nm bis 1 µm, um elektrisch instabile Materialien zu schützen, beispielsweise während eines nasschemischen Prozesses.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Klebstoff derart eingerichtet sein, dass er selbst einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der Brechungsindex der Abdeckung 26. Ein solcher Klebstoff kann beispielsweise ein niedrigbrechender Klebstoff sein wie beispielsweise ein Acrylat, der einen Brechungsindex von ungefähr 1,3 aufweist. Weiterhin können mehrere unterschiedliche Kleber vorgesehen sein, die eine Kleberschichtenfolge bilden.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass in verschiedenen Ausführungsbeispielen auch ganz auf einen Klebstoff 24 verzichtet werden kann, beispielsweise bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Abdeckung 26, beispielsweise aus Glas, mittels beispielsweise Plasmaspritzens auf die Verkapselung 8 aufgebracht werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können/kann die Abdeckung 26 und/oder der Klebstoff 24 einen Brechungsindex (beispielsweise bei einer Wellenlänge von 633 nm) von 1,55 aufweisen.
Ferner können in verschiedenen Ausführungsbeispielen zusätzlich eine oder mehrere Entspiegelungsschichten (beispielsweise kombiniert mit einer Verkapselung, beispielsweise der Barrierendünnschicht 8) in dem Licht emittierenden Halbleiter-Bauelement vorgesehen sein.
2 zeigt eine Vorderseite eines Ausführungsbeispiels eines Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement weist beispielsweise die vorstehend erläuterte Schichtstruktur 1 auf. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement und die Schichtstruktur 1 sind bei diesem Ausführungsbeispiel achteckig ausgebildet. Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement und die Schichtstruktur 1 können jedoch eine andere Form aufweisen, beispielsweise können das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement und/oder die Schichtstruktur 1 in Vorderansicht rund oder viereckig ausgebildet sein oder eine andere beliebige Form aufweisen.
Das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement weist einen Abstandshalter 40 auf. Der Abstandshalter 40 weist beispielsweise eine zentrale Aufnahmeausnehmung 42 auf, die in 2 von der Schichtstruktur 1 verdeckt ist und daher in 2 gestrichelt angedeutet ist. Die Aufnahmeausnehmung 42 kann beispielsweise dazu dienen, die Schichtstruktur 1 von einer Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements aus elektrisch und/oder thermisch zu koppeln. Der Abstandshalter 40 weist einen die Aufnahmeausnehmung 42 begrenzenden inneren Rand und einen äußeren ersten Rand 34 auf. Der äußere erste Rand 34 des Abstandshalters 40 hat einen vorgegebenen ersten Abstand 32 zu der Schichtstruktur 1. Der in 2 gezeigte erste Rand 34 des Abstandshalters 40 ist von der Schichtstruktur 1 abgewandt und kann auch als von der Schichtstruktur 1 abgewandter erster Rand 34 bezeichnet werden.
Der Abstandshalter 40 dient zum Einhalten des vorgegebenen ersten Abstands 32 zu der Schichtstruktur 1 bei Verwendung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, beispielsweise in einer Leuchte. Beispielsweise dient der Abstandshalter 40 zum Einhalten des vorgegebenen ersten Abstands 32 zu den elektrisch leitenden Schichten 10, 14 der Schichtstruktur 1, beispielsweise zu den Elektrodenschichten 10, 14. Der Abstandshalter 40 besteht im Wesentlichen oder vollständig aus elektrisch isolierendem Material. Beispielsweise besteht der Abstandshalter 40 im Wesentlichen aus elektrisch isolierendem Material und weist ansonsten ein paar wenige elektrisch leitende Bereiche auf. Alternativ dazu kann der Abstandshalter beispielsweise eine Metallkernplatine aufweisen, die zumindest teilweise von einem isolierenden Material umgeben ist, beispielsweise von einer Isolationsauflage und/oder einer Keramik. Der vorgegebene Abstand kann beispielsweise einem gesetzlich vorgegebenen Sicherheitsabstand entsprechen oder größer als dieser sein. Der vorgegebene Abstand kann beispielsweise abhängig von dem elektrischen Potential vorgegeben werden, das an die Elektrodenschichten 10, 14 oder deren elektrische Anschlüsse angelegt werden kann oder soll.
In 2 erstreckt sich der vorgegebene Abstand 32 von einem äußeren Rand der Schichtstruktur 1 bis zu dem ersten Rand 34 des Abstandshalters 40. Dabei wird beispielsweise davon ausgegangen, dass sich die elektrisch leitenden Schichten 10, 14 der Schichtstruktur 1 bis zu dem äußeren Rand der Schichtstruktur 1 erstrecken. Falls sich jedoch die elektrisch leitenden Schichten 10, 14 in Richtung parallel zu den Schichten nicht bis zum äußeren Rand der Schichtstruktur 1 erstrecken, so kann sich der vorgegebene erste Abstand 32 von dem vorgegebenen ersten Rand 34 bis hin zu einen Rand der nächstliegenden elektrisch leitenden Schicht 10, 14 der Schichtstruktur 1 erstrecken. Der Abstand des äußeren Rands 34 des Abstandshalters 40 zu dem äußeren Rand der Schichtstruktur 1 kann dann kleiner sein als der vorgegebene erste Abstand 32.
Ferner erstreckt sich der Abstandshalter 40 bei diesem Ausführungsbeispiel um den gesamten Umfang der Schichtstruktur 1. Alternativ dazu kann der Abstandshalter 40 auch mehrere Teilabschnitte aufweisen, die jeweils lediglich an Abschnitten des Umfangs der Schichtstruktur 1 angeordnet sind und so den ersten Abstand 32 insbesondere an diesen Abschnitten vorgeben.
Beispielsweise zwischen der Schichtstruktur 1 und dem Abstandshalter 40 sind mehrere Kontaktleisten 30, beispielsweise vier Kontaktleisten 30 angeordnet. Alternativ dazu können beispielsweise auch nur zwei, drei oder mehr als vier Kontaktleisten 30 vorgesehen sein. Ferner können die Kontaktleisten 30 auch an anderen Stellen positioniert sein. Die Kontaktleisten 30 dienen beispielsweise dazu, den Abstandshalter 40 an der Schichtstruktur 1 zu befestigen und/oder die Elektrodenschichten 10, 14 der Schichtstruktur 1 über die Kontaktleisten 30 mit dem Abstandshalter 40 zu verbinden. Die Kontaktleisten 30 weisen beispielsweise die elektrischen Anschlüsse der Elektrodenschichten 10, 14 auf oder sind mit diesen und/oder dem Träger 2 elektrisch gekoppelt. Der Abstandshalter 40 kann auch dazu dienen, den vorgegebenen Abstand 32 zu einer der Kontaktleisten 30 einzuhalten.
3 zeigt eine Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements gemäß 2, wobei die durch den Abstandshalter 40 verdeckten Kanten der Schichtstruktur 1 und der Kontaktleisten 30 gestrichelt angedeutet sind.
4 zeigt einen Schnitt durch das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement gemäß 3 im Bereich der Kontaktleisten 30. Die Schichtstruktur 1 weist eine erste Seite 22 und eine zweite Seite 28 auf. In diesen Zusammenhang kann die erste Seite 22 auch als Vorderseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements bezeichnet werden. Dementsprechend kann die zweite Seite 28 auch als Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements bezeichnet werden. Beispielsweise ist an der ersten Seite 22, also der Vorderseite, die Abdeckschicht 26 ausgebildet. Beispielsweise ist an der zweiten Seite 28, also der Rückseite, der Träger 2 ausgebildet. Alternativ dazu können zwischen Abdeckschicht 22 bzw. dem Träger 2 und der ersten bzw. zweiten Seite 22, 28 noch weitere Schichten ausgebildet sein.
Der Abstandshalter 40 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an der zweiten Seite 28 des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements befestigt. Beispielsweise ist der Abstandshalter 40 an der zweiten Seite 28 der Schichtstruktur 1 festgeklebt. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstandshalter 40 über eine, zwei oder mehrere Koppelausnehmungen 44 mit der Kontaktleiste 30 gekoppelt sein, wobei die Koppelausnehmung 44 sich durch den Abstandshalter 40 hindurch erstrecken. Die Koppelausnehmungen 44 können beispielsweise dazu dienen, von der Rückseite aus Lötzinn aufzubringen, welches dann in erhitzten Zustand durch Koppelausnehmungen 44 hindurch fließen kann und über Lötverbindungen 46 den Abstandshalter 40 mit den Kontaktleisten 30 verbinden kann. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn über die Koppelausnehmungen 44 nicht nur eine mechanische Kopplung des Abstandshalters 40 mit der Schichtstruktur 1 sondern auch eine elektrische Kontaktierung der Kontaktleisten 30 über den Abstandshalter 40 erfolgt, wobei dann in 4 nicht dargestellte Leiterbahnen auf oder in dem Abstandshalter 40 über die Lötverbindung 46 mit den Kontaktleisten 30 verbunden werden können. Die Koppelausnehmungen 44 können in diesem Zusammenhang auch als Löt-Augen oder Löt-Vias bezeichnet werden.
Der Abstandshalter 40 ist beispielsweise aus einem im Wesentlichen isolierenden Material, beispielsweise aus Keramik, Kunststoff und/oder Kunstharz, gebildet oder weist dieses auf. Beispielsweise kann der Abstandshalter 40 eine, zwei oder mehr Keramikplatten aufweisen. Der Abstandshalter 40 kann beispielsweise durch eine Leiterplatte gebildet sein. Der Abstandshalter kann beispielsweise mittels Ausstanzen, Ausschneiden, Fräsen, Laserschneiden oder ein anderes Verfahren hergestellt bzw. strukturiert werden.
Der Abstandshalter 40 erstreckt sich parallel zu den Schichten der Schichtstruktur 1, wobei der erste Rand 34 des Abstandshalters 40 in Richtung parallel zu den Schichten der Schichtstruktur 1 den vorgegebenen ersten Abstand 32 zu den elektrisch leitenden Schichten 10, 14 der Schichtstruktur 1 vorgibt.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, das weitgehend dem mit Bezug zu den 2 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements entspricht, wobei im Unterschied dazu zusätzlich eine Wärmesenke 50 auf der Rückseite des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements angeordnet ist. Die Wärmesenke 50 weist beispielsweise eine Schicht auf, die beispielsweise Graphit und/oder Aluminium aufweisen kann. Die Wärmesenke 50 dient dazu, während des Betriebs des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements entstehende Wärme schnell und effektiv von der Schichtstruktur 1 abzuführen. Die Wärmesenke 50 kann alternativ oder zusätzlich auch dazu dienen, die Wärme zu verteilen, beispielsweise möglichst gleichmäßig zu verteilen. Die Schichtstruktur 1 wird somit durch die Aufnahmeausnehmung 42 des Abstandshalters 40 thermisch gekoppelt.
6 zeigt eine Schnittdarstellung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements gemäß 5, aus der hervorgeht, dass die Wärmesenke 50 in die Aufnahmeausnehmung 42 hinein und zumindest teilweise durch die Aufnahmeausnehmung 42 des Abstandshalters 40 hindurch ragt. Der innere Rand des Abstandshalters 40, der die Aufnahmeausnehmung 42 begrenzt, kann so ausgebildet sein, dass auch durch ihn der vorgegebene erste Abstand 32 zu der elektrisch leitenden Schicht 10, 14 vorgegeben ist. Dies kann dazu beitragen, zu verhindern, dass die Wärmesenke 50 zu nah an die elektrisch leitende Schicht 10, 14 und/oder die Kontaktleiste 30 kommt. Eine Dicke in der Wärmesenke 50 kann beispielsweise einer Dicke des Abstandshalters 40 entsprechen.
7 zeigt eine weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Bauelements, das weitgehend dem in den 2 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Bauelements entspricht, wobei im Unterschied dazu auf der Rückseite des Licht emittierenden Bauelements keine Aufnahmeausnehmung 42 ausgebildet ist und somit der Abstandshalter 40 flächig geschlossen ausgebildet ist.
8 zeigt einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Bauelements gemäß 7, aus dem ebenfalls hervorgeht, dass der Abstandshalter 40 flächig ausgebildet ist. Der Abstandshalter 40 kann als Schutz der zweiten Seite 28 der Schichtstruktur 1 vor mechanischen Einwirkungen und/oder zur Befestigung des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements dienen.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, das weitgehend den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen des Licht emittierenden Bauelements entspricht, wobei im Unterschied dazu keine Koppelausnehmungen 44 ausgebildet sind. Beispielsweise erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel die elektrische Ankopplung der Kontaktleisten 30 nicht über den Abstandshalter 40 sondern beispielsweise direkt, beispielsweise mittels einer Bondverbindung. Ferner erfolgt die mechanische Kopplung des Abstandshalters 40 an der Schichtstruktur 1 ausschließlich über die zweite Seite 28 der Schichtstruktur 1.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, das weitgehend den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen entspricht, wobei im Unterschied dazu der Abstandshalter 40 derart dick ausgebildet ist, dass durch ihn in Richtung senkrecht zu den Schichten der Schichtstruktur 1 ein vorgegebener zweiter Abstand 36 eingehalten wird. Insbesondere weist der Abstandshalter 40 eine von der Schichtstruktur 1 abgewandte Seite auf, die auch als zweiter Rand 38 bezeichnet werden kann. Der vorgegebene zweite Abstand 36 kann dem vorgegebenen ersten Abstand 32 entsprechen oder von diesem unterschiedlich sein.
Bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der vorgegebene zweite Abstand 36 von dem zweiten Rand 38 des Abstandshalters 40 bis hin zu der zweiten Seite 28 der Schichtstruktur 1. Dabei wird beispielsweise davon ausgegangen, dass zumindest eine der elektrisch leitenden Schichten 10, 14 der Schichtstruktur 1 an oder zumindest nahe der zweiten Seite 28 angeordnet ist. Falls jedoch beispielsweise die Schichten an der zweiten Seite 28 an der Schichtstruktur 1 nicht elektrisch leitend sind, so kann der vorgegebene zweite Abstand 36 sich von dem zweiten Rand 38 bis hin zur nächstliegenden elektrisch leitenden Schicht 10, 14 erstrecken. Somit kann durch den zweiten Rand 38 des Abstandshalters 40 der vorgegebene zweite Abstand 36 nicht nur bis hin zu der zweiten Seite 28 Schichtstruktur 1 vorgegeben sein, sondern im Speziellen zu den elektrisch leitenden Schichten 10, 14 der Schichtstruktur 1.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, das weitgehend den mit Bezug zu den vorstehenden Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements entspricht, wobei im Unterschied dazu der Abstandshalter 40 nicht auf der zweiten Seite 28 sondern auf der ersten Seite 22 des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements angeordnet ist. Falls das Halbleiter-Bauelement die elektromagnetische Strahlung auf der ersten Seite 22 emittiert, so ist der Abstandshalter 40 vorzugsweise transluzent ausgebildet. Zusätzlich kann der Abstandshalter 40 als optisch funktionelle Schicht dienen und das erzeugte Licht optisch beeinflussen. Beispielsweise kann der Abstandshalter 40 als Streuschicht dienen. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstandshalter 40 als Konversionsschicht zum Konvertieren der Wellenlängen der erzeugten elektromagnetischen Strahlung dienen. Alternativ dazu kann der Abstandshalter 40 transparent ausgebildet sein. Der Abstandshalter 40 kann als Schutz der ersten Seite 22 der Schichtstruktur 1 vor mechanischen Einwirkungen dienen.
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, das weitgehend dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements entspricht, wobei im Unterschied dazu, der Abstandshalter 40 derart dick ausgebildet ist, dass er mit seinem zweiten Rand 38 den vorgegebenen zweiten Abstand 36 vorgibt. Der Abstandshalter 40 kann somit entsprechend dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel des Abstandshalters 40 ausgebildet sein und an der ersten Seite 22 der Schichtstruktur 1 angeordnet sein.
13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, bei dem die Schichtstruktur 1 mit den Kontaktleisten 30 im Wesentlichen der bzw. den vorstehend erläuterten Schichtstrukturen 1 mit den entsprechenden Kontaktleisten 30 entspricht. Im Unterschied zu den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements ist jedoch der Abstandshalter 40 seitlich der Schichtstruktur 1 angeordnet. Beispielsweise erstreckt sich der Abstandshalter 40 bei diesem Ausführungsbeispiel rahmenförmig um den äußeren Rand der Schichtstruktur 1. Alternativ dazu kann der Abstandshalter 40 lediglich an einzelnen Teilbereichen seitlich der Schichtstruktur 1 ausgebildet sein. Falls die Schichtstruktur 1 beispielsweise achteckig ausgebildet ist, so kann der Abstandshalter 40 beispielsweise an jeder der acht Seiten der Schichtstruktur 1 und/oder an den acht Ecken der Schichtstruktur 1 angeordnet sein.
Der Abstandshalter 40 kann beispielsweise als Schutz des äußeren Rands der Schichtstruktur 1 vor mechanischen Einwirkungen dienen. Der Abstandshalter 40 kann beispielsweise an der Schichtstruktur 1 festgeklebt sein. Alternativ oder zusätzlich können der Abstandshalter 40 und/oder die Schichtstruktur 1 Mittel aufweisen, über der Abstandshalter 40 mit der Schichtstruktur 1 gekoppelt werden kann, beispielsweise mechanisch mit Hilfe eines Rastmittels am Abstandshalter 40 und einer Gegenrast an der Schichtstruktur 1.
Ferner kann das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement mit dem Abstandshalter 40 beispielsweise besonders dünn ausgebildet werden.
14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, das weitgehend dem mit Bezug zu 13 erläuterten Ausführungsbeispiel entspricht, wobei im Unterschied dazu sich der Abstandshalter 40 senkrecht zu den Schichten der Schichtstruktur 1 derart weit erstreckt, dass auf der ersten und der zweiten Seite 22, 28 der vorgegebene zweite Abstand 36 von dem zweiten Rand 38 des Abstandshalters 40 zu der entsprechenden Seite 22, 28 der Schichtstruktur 1 gebildet ist. Alternativ dazu kann der Abstandshalter 40 auch so ausgebildet sein, dass der vorgegebene zweite Abstand 36 in Richtung senkrecht zu den Schichten lediglich zu einer der beiden Seiten 22, 28 vorgegeben ist.
15 zeigt eine Vorderansicht des Abstandshalters 40 gemäß 2 und eine Ansicht der Rückseite der Schichtstruktur 1 gemäß 3. In anderen Worten ist das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement in 15 aufgeklappt dargestellt. Im Unterschied zu dem in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements sind bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich zwei Kontaktleisten 30 vorgesehen. Alternativ dazu können jedoch die vier Kontaktleisten 30 vorgesehen sein. Korrespondierend zu den Kontaktleisten 30 der Schichtstruktur 1 weist der Abstandshalter 40 Leiterbahnen 52 auf. Der Abstandshalter 40 ist beispielsweise eine Leiterplatte und/oder kann in diesem Zusammenhang auch als Leiterplatte bezeichnet werden. Die Leiterbahnen 52 dienen zum Kontaktieren der Kontaktleisten 30. Die Leiterbahnen 52 können auch auf einer in 3 gezeigten Rückseite des Abstandshalters 40 ausgebildet sein und die Kontaktleisten durch die in 4 gezeigten Koppelausnehmungen 44 kontaktieren. Das Ausbilden des Abstandshalters 40 als Leiterplatte und/oder die Leiterbahnen 52 können dazu beitragen, dass das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement einfach und/oder kostengünstig kontaktierbar ist.
Der Abstandshalter 40 und die Schichtstruktur 1 weisen jeweils einander zugeordnete Orientierungsmarken 54 auf. Falls die in 15 gezeigte Schichtstruktur 1 auf die in 15 gezeigten Abstandshalter 40 geklappt wird, so liegen in Draufsicht die beiden Orientierungsmarken 54 übereinander. Durch die Orientierungsmarken 54 ist eine relative Orientierung der Schichtstruktur 1 zu dem Abstandshalter 40 vorgegeben. Mit Hilfe der Orientierungsmarken 54 kann beispielsweise sichergestellt sein, dass die Zuordnung der Leiterbahnen 52 zu den Kontaktleisten 30 eindeutig und/oder richtig ist. Die Orientierungsmarken 54 können einfach dazu beitragen, dass bei einem Herstellungsprozess des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements die relative Ausrichtung bzw. Orientierung der Schichtstruktur 1 zu dem Abstandshalter 40 bestimmungsgemäß erfolgt.
16 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements, bei dem der Abstandshalter 40 und die Schichtstruktur 1 viereckig ausgebildet sind. Ansonsten kann das in 16 gezeigte Ausführungsbeispiel beispielsweise dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements entsprechen.
Bei allen vorstehend gezeigten Ausführungsbeispielen kann der Abstandshalter 40 zusätzlich zu dem vorgegeben der Abstände 32, 36 beispielsweise dazu verwendet werden, die Schichtstruktur 1 zu befestigen und/oder aufzunehmen, dem Licht emittierenden Halbleiter-Bauelement mechanische Stabilität zu geben und/oder die Seite (erste, zweite, äußere) der Schichtstruktur 1 zu schützen, an der der Abstandshalter 40 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstandshalter 40 mit einem vorgegebenen Design ausgebildet werden, so dass das Design des Abstandshalters 40 zum Erscheinungsbild des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements beiträgt. Falls der Abstandshalter 40 auf der Seite 22, 28 der Schichtstruktur 1 angeordnet ist, auf der die elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird, so kann der Abstandshalter 40 beispielsweise auch als Auskoppelschicht dienen. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstandshalter 40 dann derart ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung durch den Abstandshalter 40 strukturiert und/oder gerichtet wird.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann der Abstandshalter 40 bei allen Ausführungsbeispielen nur an Teilabschnitten des äußeren Rands der Schichtstruktur 1 ausgebildet sein und so nur an diesen Bereichen den entsprechenden Abstand 32, 36 vorgeben. Beispielsweise können derartig segmentierte Abstandshalter 40 an Seitenkanten oder Ecken der Schichtstruktur 1 angeordnet sein. Ferner können die gezeigten Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann der Abstandshalter 40 bei allen Ausführungsbeispielen auf der ersten und/oder der zweiten Seite 22, 28 angeordnet sein. Ferner kann der Abstandshalter 40 bei allen Ausführungsbeispielen alternativ oder zusätzlich, wie in 13 gezeigt, als Rahmen um die Schichtstruktur 1 ausgebildet sein. Ferner können bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen die Koppelausnehmungen 44 in dem Abstandshalter 40 ausgebildet sein oder nicht. Ferner kann bei allen Ausführungsbeispielen die elektrische Ankopplung der Kontaktleisten 30 über den Abstandshalter 40 oder unabhängig von dem Abstandshalter 40 erfolgen. Ferner kann die Form des Licht emittierenden Halbleiter-Bauelements bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen von der achteckigen bzw. viereckigen Form abweichen. Beispielsweise kann die Form in Draufsicht kreisförmig beispielsweise rund oder oval, oder polygonförmig beispielsweise dreieckig, fünfeckig oder sechseckig ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60598-1 [0002]

Claims

Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement mit einer Schichtstruktur (1), die mindestens eine optisch funktionelle Schicht (12) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung und mindestens eine elektrisch leitende Schicht (10, 14) aufweist, und mit mindestens einem Abstandshalter (40) zum Vorgeben eines Abstands (32, 36) zu der elektrisch leitenden Schicht (10, 14), wobei der Abstandshalter (40) mit der Schichtstruktur (1) gekoppelt ist und wobei ein von der Schichtstruktur (1) abgewandter Rand (34, 38) des Abstandshalters (40) mindestens den vorgegebenen Abstand (32, 36) zu der elektrisch leitenden Schicht (10, 14) hat.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, bei dem sich der Abstandshalter (40) in Richtung parallel zu den Schichten (10, 12, 14) und in Richtung weg von der Schichtstruktur (1) erstreckt und bei dem ein von der Schichtstruktur (1) abgewandter erster Rand (34) des Abstandshalters (40) in Richtung parallel zu den Schichten einen vorgegebenen ersten Abstand (32) zu der elektrisch leitenden Schicht (10, 14) hat.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich der Abstandshalter (40) in Richtung senkrecht zu den Schichten (10, 12, 14) und in Richtung weg von der Schichtstruktur (1) erstreckt und bei dem ein von der Schichtstruktur (1) abgewandter zweiter Rand (38) des Abstandshalters (40) in Richtung senkrecht zu den Schichten (10, 12, 14) einen vorgegebenen zweiten Abstand (36) zu der elektrisch leitenden Schicht (10, 14) hat.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die elektrisch leitende Schicht (10, 14) eine Elektrodenschicht zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die optisch funktionelle Schicht (12) ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der vorgegebene Abstand (32, 36) ein gesetzlich vorgegebener Sicherheitsabstand ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine erste Seite (22) und eine von der ersten Seite (22) abgewandte zweite Seite (28) aufweist, wobei die elektromagnetische Strahlung das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement mindestens auf der ersten Seite (22) verlässt und wobei der Abstandshalter (40) mindestens auf der zweiten Seite (28) angeordnet ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine erste Seite (22) und eine von der ersten Seite (22) abgewandte zweite Seite (28) aufweist, wobei die elektromagnetische Strahlung das Licht emittierende Halbleiter-Bauelement mindestens auf der ersten Seite (22) verlässt und wobei der Abstandshalter (40) mindestens auf der ersten Seite (22) angeordnet ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abstandshalter (40) eine Aufnahmeausnehmung (42) aufweist und bei dem die Schichten (10, 12, 14) und/oder weitere Schichten (2, 4, 6, 8, 24, 26) der Schichtstruktur (1) und/oder eine mit der Schichtstruktur (1) gekoppelte Wärmesenke (50) in der Aufnahmeausnehmung (42) angeordnet sind.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abstandshalter (40) zum Koppeln mit der Schichtstruktur (1) mindestens eine Koppelausnehmung (44) aufweist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Schichtstruktur (1) mindestens eine Kontaktleiste (30) aufweist, mit der der Abstandshalter (40) gekoppelt ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abstandshalter (40) eine Leiterplatte aufweist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach den Ansprüchen 10 und 11, bei dem die Leiterplatte mindestens eine Leiterbahn (52) aufweist, die mit der Kontaktleiste (30) gekoppelt ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 12, bei dem die Schichtstruktur (1) und der Abstandshalter (40) je eine Orientierungsmarke (54) aufweisen, die einander zugeordnet sind und durch die der Abstandshalter (40) so zu der Schichtstruktur (1) ausgerichtet ist, dass die Leiterplatte bestimmungsgemäß zu der Kontaktleiste (30) ausgerichtet ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Abstandshalter (40) eine optische Schicht aufweist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 14, bei dem die optische Schicht eine Streuschicht und/oder eine Konversionsschicht ist.
Licht emittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine mit der Schichtstruktur (1) gekoppelte Wärmesenke (50) aufweist und bei dem der Abstandshalter (40) so ausgebildet ist, dass durch ihn mindestens der vorgegebene erste Abstand (32) zwischen der elektrisch leitenden Schicht (10, 14) und der Wärmesenke (50) vorgegeben ist.