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Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders einfach herstellbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronisches Halbleiterbauteil einen Anschlussträger. Bei dem Anschlussträger handelt es sich um die mechanisch tragende Komponente des optoelektronischen Halbleiterbauteils. Auf den Anschlussträger sind die übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils aufgebracht. Die übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind dabei zumindest mittelbar mechanisch am Anschlussträger befestigt.
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Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln, die einen elektrisch isolierenden Grundkörper umfasst, auf den und/oder in den Leiterbahnen und/oder elektrische Kontaktstrukturen aufgebracht und/oder eingebracht sind. Elektrische und elektronische Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils können über den Anschlussträger elektrisch leitend kontaktierbar sein.
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Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine flexible Leiterplatte, um eine starre Leiterplatte, eine Metallkernplatine oder um eine andere Art von Platine handeln.
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Der Anschlussträger weist an seiner Oberseite eine Montagefläche auf, an der weitere Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils befestigt werden können. An der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite kann der Anschlussträger Kontaktstellen aufweisen, über die er elektrisch kontaktierbar ist. Auf diese Weise kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um ein oberflächenmontierbares Bauteil handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Leuchtdiode, die zumindest einen Leuchtdiodenchip aufweist oder aus einem Leuchtdiodenchip besteht. Die Leuchtdiode ist zur Abstrahlung von Licht vorgesehen. Die Leuchtdiode kann beispielsweise farbiges oder weißes Licht abstrahlen. Die Leuchtdiode kann weiter unterschiedliche Leuchtdiodenchips umfassen, die auch zur Erzeugung von Licht unterschiedlicher Farbe geeignet sein können. Ferner ist es möglich, dass die Leuchtdiode einen Leuchtdiodenchip und ein Konversionselement umfasst, so dass die Leuchtdiode beispielsweise weißes Mischlicht abstrahlt.
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Die Leuchtdiode kann neben dem Leuchtdiodenchip ein Gehäuse umfassen, das zum Beispiel durch einen Formkörper gebildet sein kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Rahmen, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Der Rahmen kann beispielsweise durch ein dielektrisches Material gebildet sein, das an der Oberseite des Anschlussträgers angeordnet ist. Der Rahmen kann an den Anschlussträger geklebt oder an den Anschlussträger angeformt sein. Bei dem Rahmen kann es sich für den Fall, dass der Rahmen an den Anschlussträger angeformt ist, um einen integralen Bestandteil des Anschlussträgers handeln. Zum Beispiel ist der Rahmen dann durch einen Teil einer isolierenden Schicht des Anschlussträgers gebildet.
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Der Rahmen kann beispielsweise lichtstreuend oder lichtreflektierend ausgebildet sein. Der Rahmen kann dazu mit einem Kunststoffmaterial, wie etwa einem Thermoplast, gebildet sein, in das lichtreflektierende und/oder lichtstreuende Partikel, wie beispielsweise Partikel aus Titandioxid oder Aluminiumoxid, eingebracht sind. Der Rahmen kann weiß erscheinen. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Rahmen strahlungsabsorbierend ausgebildet ist und beispielsweise schwarz oder farbig erscheint.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil ein optisches Element, das der Leuchtdiode in einer Hauptabstrahlrichtung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts nachgeordnet ist, derart, dass zumindest ein Großteil des abgestrahlten Lichts in das optische Element tritt. Mit anderen Worten ist das optische Element als strahlungsformendes und/oder strahlungsführendes Element für das von der Leuchtdiode im Betrieb erzeugte Licht vorgesehen. Das optische Element ist dazu beispielsweise an der dem Anschlussträger abgewandten Seite der Leuchtdiode angeordnet. Das optische Element kann insbesondere in einem Abstand zur Leuchtdiode angeordnet sein, so dass beispielsweise ein Luftspalt zwischen einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode und dem optischen Element, insbesondere der Lichteintrittsfläche des optischen Elements, vorhanden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Leuchtdiode an der Montagefläche des Anschlussträgers mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen. Die Leuchtdiode kann elektrisch leitend am Anschlussträger verklebt oder verlötet sein. Über den Anschlussträger ist die Leuchtdiode elektrisch kontaktierbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Rahmen an der Oberseite des Anschlussträgers mechanisch befestigt. Der Rahmen kann dabei in einem Abstand zur Leuchtdiode angeordnet sein. Das heißt, zwischen Rahmen und Leuchtdiode kann ein Spalt vorhanden sein, der mit einem anderen Material, wie beispielsweise Luft, gefüllt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils verläuft der Rahmen in einem Abstand entlang von zumindest zwei Seitenflächen der Leuchtdiode in einer lateralen Richtung. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die parallel zur Montagefläche des Anschlussträgers und/oder parallel zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verlaufen. Beispielsweise erstreckt sich der Rahmen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Leuchtdiode entlang der gesamten Länge der Seitenflächen parallel zu den Seitenflächen. Ferner ist es möglich, dass die Leuchtdiode an vier Seitenflächen vom Rahmen umgeben ist, so dass der Rahmen die Leuchtdiode in einem Abstand vollständig umschließt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils überragt der Rahmen die Leuchtdiode in einer vertikalen Richtung. Die vertikale Richtung ist dabei diejenige Richtung, die zur lateralen Richtung senkrecht verläuft. Das heißt, der Rahmen ist höher als die Leuchtdiode ausgebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist das optische Element in einem Abstand zur Leuchtdiode mechanisch am Rahmen befestigt. Beispielsweise ist das optische Element an einer dem Anschlussträger abgewandten Auflagefläche auf den Rahmen aufgelegt und dort fest mit dem Rahmen verbunden. Beispielsweise kann das optische Element über Kleben am Rahmen befestigt sein oder der Rahmen ist an das optische Element angeformt. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass der Rahmen an das optische Element und an den Anschlussträger angeformt ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Rahmen verbindungsmittelfrei am Anschlussträger und verbindungsmittelfrei am optischen Element befestigt ist.
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Der Rahmen kann beispielsweise mit einem Thermoplastmaterial gebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Rahmen durch Erhitzen erweicht werden kann und das optische Element auf den derart erweichten Rahmen aufgepresst werden kann. Nach einem Abkühlen und Erstarren des Rahmens ist das optische Element dann mechanisch fest mit dem Rahmen verbunden. In gleicher Weise kann eine Verbindung zwischen Rahmen und Anschlussträger vor oder nach Aufbringen des optischen Elements am Rahmen erfolgen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Anschlussträger, der eine Montagefläche an seiner Oberfläche aufweist, eine Leuchtdiode, die zumindest einen Leuchtdiodenchip aufweist und die zur Abstrahlung von Licht vorgesehen ist, einen Rahmen, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, und ein optisches Element, das der Leuchtdiode in einer Hauptabstrahlrichtung des von der Leuchtdiode im Betrieb abgestrahlten Lichts nachgeordnet ist, derart, dass zumindest ein Großteil des abgestrahlten Lichts in das optische Element tritt. Dabei ist die Leuchtdiode an der Montagefläche des Anschlussträgers mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen, der Rahmen ist an der Oberseite des Anschlussträgers mechanisch befestigt, der Rahmen verläuft in einem Abstand entlang von zumindest zwei Seitenflächen der Leuchtdiode in einer lateralen Richtung und der Rahmen überragt die Leuchtdiode in einer vertikalen Richtung. Das optische Element ist in einem Abstand zur Leuchtdiode mechanisch am Rahmen befestigt.
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In vielen Anwendungen der Optoelektronik ist es vorteilhaft, wenn Licht, das von einer Leuchtdiode emittiert wird, durch ein geeignetes optisches Element in die gewünschte Abstrahlcharakteristik geformt wird. Diese Lichtformung kann beispielsweise durch die Montage von separaten Linsenbauteilen auf einzelne Leuchtdioden erfolgen. Dazu müssen die Linsenbauteile an den Leuchtdioden befestigt werden, was hinsichtlich der Justage und der Fertigung von optischem Element und Leuchtdiode aufwändig ist.
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Dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt nun unter anderem die Idee zugrunde, dass das optische Element nicht direkt an der Leuchtdiode befestigt wird, sondern an einem Rahmen, der die Leuchtdiode in vertikaler Richtung überragt. Auf diese Weise muss die Leuchtdiode nicht in besonderer Weise zur Aufnahme des optischen Elements hergerichtet werden, was eine vereinfachte und kostengünstigere Herstellung der Leuchtdiode erlaubt. Weiter erlaubt es ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil, die Leuchtdiode und den Anschlussträger mit dem Rahmen derart zu integrieren, dass an der der Leuchtdiode abgewandten Unterseite des Anschlussträgers eine ebene Oberfläche vorhanden ist, mit der der Anschlussträger beispielsweise an einer Wärmesenke befestigt werden kann. An der dem Anschlussträger abgewandten Oberseite des Rahmens kann dann eine Auflagefläche zur Befestigung des optischen Elements vorhanden sein.
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Die Auflagefläche des Rahmens kann derart ausgestaltet werden, dass sich das optische Element darin selbst justieren kann, was den Justageaufwand bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils und damit die Kosten der Herstellung weiter reduziert.
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Dadurch, dass der Rahmen die Leuchtdiode in einer vertikalen Richtung überragt, ist es möglich, dass ein Luftspalt zwischen einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode und einer Lichteintrittsfläche des optischen Elements vorhanden ist. Durch die Einstellung der Dicke des Luftspalts, also des Abstands zwischen Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode und Lichteintrittsfläche des optischen Elements, kann beispielsweise die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Halbleiterbauteils kontrolliert und eingestellt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil eine Vielzahl von Leuchtdioden, die auf der Montagefläche des Anschlussträgers entlang einer Linie mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen sind. Das heißt, es ist beispielsweise möglich, dass viele Leuchtdioden entlang einer geraden Linie auf dem Anschlussträger nacheinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist ein so genanntes eindimensionales Array von Leuchtdioden gebildet.
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Dabei ist es möglich, dass sämtlichen Leuchtdioden dasselbe optische Element nachgeordnet ist. Bei dem optischen Element kann es sich in diesem Fall beispielsweise um eine zylinderförmige Linse handeln. Das optische Element kann beispielsweise durch Strangziehen kostengünstig hergestellt werden. Das optische Element kann je nach Anordnung der Leuchtdioden, das heißt in Form der Linie, entlang derer die Leuchtdioden angeordnet sind, ausgebildet werden.
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Eine zylinderförmige Linse eignet sich auch besonders gut zur Montage mittels Selbstjustierung durch einfaches Auflegen auf die Auflageflächen eines Rahmens, der sich an zwei einander gegenüberliegenden Seiten entlang der Leuchtdioden erstreckt.
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Alternativ ist es auch möglich, dass jeder Leuchtdiode ein separates optisches Element nachgeordnet und eineindeutig zugeordnet ist. Zur Erleichterung der Montage der separaten optischen Elemente ist es dabei möglich, dass der Rahmen jede Leuchtdiode des optoelektronischen Halbleiterbauteils an den Seitenflächen vollständig umschließt. Handelt es sich bei den separaten optischen Elementen beispielsweise um kugelförmige Linsen, können auch diese durch einfaches Auflegen auf den Rahmen und beispielsweise Aufkleben oder Anpressen an den aufgeweichten Rahmen selbstjustierend montiert werden. Durch einen Luftspalt zwischen Leuchtdiode und optischem Element können bei der Verwendung von mehreren Leuchtdioden in einem optoelektronischen Halbleiterbauteil eindimensionale Arrays von Leuchtdioden aufgebaut werden, die in der Ebene senkrecht zur Linie, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sind, eine sehr breite Abstrahlcharakteristik aufweisen.
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Beispielsweise kann die Halbwertswinkelbreite der Abstrahlcharakteristik größer als 120°, insbesondere größer als 150° sein. Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil eignet sich damit auch besonders gut zur Hinterleuchtung von Anzeigevorrichtungen (Displays). Durch die Formgebung des Querschnitts des optischen Elements ist es ferner möglich, die Abstrahlcharakteristik anzupassen.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil zeichnet sich daher auch durch eine hohe Flexibilität in der Anwendung aus, da die Abstrahlcharakteristik durch Wahl des optischen Elements und Wahl des Abstands zwischen Leuchtdiode und optischem Element besonders einfach angepasst werden kann. Ferner zeichnet sich das optoelektronische Halbleiterbauteil durch seinen kompakten Aufbau und seine mechanische Widerstandsfähigkeit, also seine Robustheit, aus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils erstreckt sich der Rahmen entlang aller Leuchtdioden an zumindest zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Leuchtdioden. Beispielsweise sind die Leuchtdioden des optoelektronischen Halbleiterbauteils entlang einer Linie angeordnet. Der Rahmen erstreckt sich dann an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen aller Leuchtdioden entlang von Linien, die zu der Linie, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sind, parallel sind. Auf diese Weise können die Leuchtdioden beispielsweise an ihren linken und rechten Seitenflächen vom Rahmen übergeben sein. Ein derartiger Rahmen eignet sich dann zum Beispiel zur Aufnahme eines einzigen optischen Elements, das als Strang, beispielsweise zylinderförmig, ausgebildet ist. Dabei können die Leuchtdioden auch entlang von nicht geraden Linien, zum Beispiel in mehreren Windungen angeordnet sein. Das optische Element und der Rahmen können eine entsprechende Formgebung aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist der Rahmen an seiner dem optischen Element zugewandten Oberseite eine Auflagefläche zur mechanischen Befestigung des optischen Elements auf, wobei die Auflagefläche eine Krümmung aufweist, die an eine Krümmung des optischen Elements im Bereich des Kontakts zwischen optischem Element und Rahmen angepasst ist. Beispielsweise ist die Krümmung der Auflagefläche komplementär zur Krümmung des optischen Elements. Handelt es sich beim optischen Element beispielsweise um eine zylinderförmige Linse, so sind die Auflageflächen konvex nach innen gekrümmt, mit einem Krümmungsradius, der dem Krümmungsradius des optischen Elements entspricht. Die gekrümmte Auflagefläche kann dabei bereits vor dem Auflegen des optischen Elements auf den Rahmen vorhanden sein. Alternativ ist es möglich, dass der Rahmen zur Aufnahme des optischen Elements erhitzt und damit erweicht wird und die Formgebung der Auflagefläche durch Aufdrücken des optischen Elements auf den Rahmen erfolgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind Anschlussträger und Rahmen elastisch ausgebildet. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, die Formgebung des optoelektronischen Halbleiterbauteils an eine gekrümmte Fläche anzupassen, auf der das optoelektronische Bauteil montiert werden soll. Dabei ist es auch möglich, dass das optische Element in gleicher Weise elastisch ausgebildet ist wie der Anschlussträger und der Rahmen, so dass auch das optische Element der Krümmung der Fläche, an der das optoelektronische Halbleiterbauteil befestigt wird, folgen kann. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann damit beispielsweise auch auf einer zumindest teilweise kugelförmig gekrümmten Oberfläche aufgebracht werden.
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Für den Fall, dass der Rahmen und der Anschlussträger elastisch ausgebildet sind, ist es möglich, eine Bestückung des Anschlussträgers mit den Leuchtdioden in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess durchzuführen. Ferner ist es möglich, dass das optische Element starr und nicht flexibel ausgebildet ist. In diesem Fall verleiht das optische Element dem optoelektronischen Halbleiterbauteil seine starre Form, nachdem das optische Element am Rahmen befestigt worden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optische Element einen Grundkörper aus einem strahlungsdurchlässigen Material und einen Konversionskörper, der einen Leuchtstoff aufweist. Beispielsweise kann der Konversionskörper mit einem Matrixmaterial gebildet sein, in das Partikel eines Lumineszenzkonversions-Leuchtstoffs eingebracht sind. Darüber hinaus ist es möglich, dass der Konversionskörper aus einem Leuchtstoff, beispielsweise einem keramischen Leuchtstoff, besteht.
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Der Grundkörper des optischen Elements umschließt den Konversionskörper dabei vollständig. Der Grundkörper selbst ist frei von Partikeln eines Leuchtstoffs. Beispielsweise kann das optische Element zylinderförmig oder kugelförmig ausgebildet sein. Der Konversionskörper kann dann ebenfalls zylinderförmig oder kugelförmig ausgebildet sein. Zum Beispiel ist es möglich, dass das optische Element aus einem Glasrohr gebildet ist, dessen Öffnung mit dem Material des Konversionskörpers gefüllt ist. Der Grundkörper umgibt die Mantelfläche oder die Außenfläche des zylinderförmigen oder kugelförmigen Konversionskörpers vollständig. Dadurch dass die gesamte Außenfläche des Konversionskörpers vom Grundkörper umgeben ist und vorzugsweise direkt an den Grundkörper grenzt, ist die Wärmeableitung aus dem Konversionskörper in den Grundkörper hinein besonders gut. Für den Konversionskörper können daher auch besonders temperaturempfindliche Leuchtstoffe Verwendung finden.
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Dabei ist es möglich, dass der Konversionskörper mit einem Matrixmaterial, wie beispielsweise Silikon, gebildet ist, in das Partikel eines Leuchtstoffs eingebracht sind, die auf in einem Halbleitermaterial ausgebildeten Quantenpunkten und/oder einem keramischen Leuchtstoff und/oder einem organischen Leuchtstoff basieren. Beim Grundkörper kann es sich beispielsweise um ein Glasmaterial handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Montagefläche des Anschlussträgers für das von der Leuchtdiode im Betrieb erzeugte Licht reflektierend ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei dem Anschlussträger um einen Silber-Leadframe handeln, bei dem die hochreflektierende Silberaußenfläche als Spiegel für das Licht genutzt wird. Der Rahmen bedeckt in diesem Fall eine möglichst kleine Oberfläche an der Oberseite des Anschlussträgers, um eine hohe Reflektivität aufgrund der Silberaußenfläche zu ermöglichen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist ein lichtstreuendes Material an der Montagefläche am Anschlussträger mechanisch befestigt. Bei dem lichtstreuenden Material kann es sich beispielsweise um ein gefülltes Kunststoffmaterial handeln, das zum Beispiel weiß erscheint. Beispielsweise kann das lichtstreuende Material mit einem Silikon gebildet sein, in das Streupartikel beispielsweise aus Titandioxid oder Aluminiumoxid eingebracht sind. Dabei ist es auch möglich, dass die Leuchtdiode oder die Leuchtdioden in das lichtstreuende Material eingebettet ist oder sind. Beispielsweise können die Leuchtdioden seitlich vollständig vom lichtstreuenden Material umgeben sein und das lichtstreuende Material kann an die Seitenflächen der Leuchtdioden und an den Rahmen grenzen. Dazu kann das lichtstreuende Material nach dem Aufbringen der Leuchtdioden auf dem Anschlussträger aufgebracht werden. Das lichtstreuende Material schließt vorzugsweise bündig mit der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdioden ab oder wird von der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdioden überragt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst die Leuchtdiode einen Formkörper, der stellenweise an den Leuchtdiodenchip grenzt. Bei dem Formkörper handelt es sich um ein Gehäuse für die Leuchtdiode, mit dem der Leuchtdiodenchip beispielsweise umspritzt sein kann. Die Leuchtdiode weist dann zumindest eine Durchkontaktierung auf, die ein elektrisch leitendes Material umfasst, wobei die Durchkontaktierung den Formkörper vollständig durchdringt und sich von einer Oberseite des Formkörpers zu einer Unterseite des Formkörpers erstreckt. Das heißt, im Gehäusematerial der Leuchtdiode ist eine Durchkontaktierung angeordnet, die es insgesamt beispielsweise erlaubt, dass die Leuchtdiode oberflächenmontierbar ist. Auf diese Weise kann eine besonders flache Leuchtdiode ausgebildet werden, die direkt auf den Anschlussträger oberflächenmontiert werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt der Formkörper Seitenflächen des Leuchtdiodenchips. Die seitlichen Außenflächen des Formkörpers bilden dann die Seitenflächen der Leuchtdiode aus. Zumindest eine Durchkontaktierung kann sich lateral beabstandet zum Leuchtdiodenchip durch den Formkörper hindurch erstrecken und die Leuchtdiode kann eine elektrisch leitende Verbindung aufweisen, die elektrisch leitend mit dem Leuchtdiodenchip und der Durchkontaktierung verbunden ist. Die elektrisch leitende Verbindung kann beispielsweise an einer dem Anschlussträger abgewandten Oberseite des Formkörpers der Leuchtdiode auf dem Formkörper der Leuchtdiode oder im Formkörper der Leuchtdiode verlaufen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In Verbindung mit den 1, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B, 5A, 5B, 6, 7, 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 9, 10A und 10B sind Ausführungsbeispiele und Anwendungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen näher erläutert.
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In Verbindung mit den 11A und 11B ist eine Leuchtdiode, wie sie in einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil zum Einsatz kommen kann, näher erläutert.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Die schematische Schnittdarstellung der 1 zeigt ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil ohne optisches Element in einer schematischen Schnittdarstellung.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst eine Leuchtdiode 1. Die Leuchtdiode 1 umfasst einen Leuchtdiodenchip 11. An die Leuchtdiode 1 grenzt der Formkörper 12 an, der beispielsweise mit einem Kunststoffmaterial gebildet ist. In den Formkörper 12 sind die Durchkontaktierungen 13 eingebracht.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst ferner einen Anschlussträger 2, der an seiner Oberseite 2a eine Montagefläche 21 aufweist. Die Leuchtdiode 1 ist an der Montagefläche 21 mechanisch befestigt und elektrisch leitend angeschlossen.
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An der Oberseite 2a ist weiter der Rahmen 3 angeordnet, der mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Der Rahmen 3 ist in einem Abstand zur Leuchtdiode 1 angeordnet, so dass er nicht mit dieser in direktem Kontakt steht. Der Rahmen 3 ist beispielsweise mit einem Matrixmaterial gebildet, in das absorbierende und/oder reflektierende Partikel eingebracht sind. Der Rahmen 3 ist mechanisch fest mit dem Anschlussträger 2 verbunden. Der Rahmen 3 kann beispielsweise mit dem Anschlussträger 2 verklebt sein oder er ist verbindungsmittelfrei mit diesem verbunden.
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Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauteils erzeugt die Leuchtdiode 1 Licht, welche die Leuchtdiode durch die Lichtaustrittsfläche 16 hindurch verlässt.
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An seiner dem Anschlussträger 2 abgewandten Oberseite 3a weist der Rahmen 3 eine Auflagefläche 31 auf, die beispielsweise eben ausgebildet sein kann, um darauf ein optisches Element aufzubringen, dass eine ebene Lichteintrittsfläche aufweist. Darüber hinaus ist es möglich, wie in der 1 durch die gestrichelten Linien angedeutet, dass die Auflagefläche eine nicht ebene Form aufweist, die zur selbstjustierenden Montage beispielsweise eines kugelförmigen oder eines zylindrischen optischen Elements dient.
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Der Rahmen 3 kann an der Oberseite 2a des Anschlussträgers auflaminiert, strukturiert, gedruckt oder aufgeklebt sein.
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Der Rahmen 3 überragt die Leuchtdiode 1 und damit die Lichtaustrittsfläche 16 der Leuchtdiode in der vertikalen Richtung v. Die vertikale Richtung v steht beispielsweise auf der Montagefläche 21 senkrecht und verläuft senkrecht zur lateralen Richtung l. Auf diese Weise ist zwischen der Lichtaustrittsfläche 16 und der Lichteintrittsfläche des optischen Elements ein Luftspalt definiert, der zur Einstellung der Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Halbleiterbauteils genutzt werden kann.
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In der schematischen Draufsicht der 2A ist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gezeigt, das im Schnitt beispielsweise wie in der 1 gezeigt ausgeführt sein kann. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann eine Vielzahl von Leuchtdioden umfassen, die auf der Montagefläche 21 des Anschlussträgers 2 entlang einer Linie mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen sind. Der Rahmen 3, der an der Oberseite des Anschlussträgers 2 mechanisch befestigt ist, verläuft in einem Abstand entlang von vorliegend zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen einer jeden Leuchtdiode in der lateralen Richtung l, die parallel zur Montagefläche 21 verläuft. Der in der 2A gezeigten Anordnung aus Anschlussträger 2, Rahmen 3 und Leuchtdioden 1 kann beispielsweise eine zylinderförmiges optisches Element 4, wie es in Verbindung mit der Schnittdarstellung der 2B und der Draufsicht der 2C gezeigt ist, nachgeordnet sein.
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Wie in der 2A dargestellt ist kann die Leuchtdiode 1 einen Konversionskörper 42 umfassen, der ein Lumineszenzkonversionsmaterial umfasst oder aus diesem besteht. Beispielsweise ist der Konversionskörper 42 als Plättchen ausgebildet, das auf den Leuchtdiodenchip 11 der Leuchtdiode 1 befestigt, zum Beispiel geklebt sein kann. Ferner ist es möglich, dass der Konversionskörper durch ein elektrophoretisches oder ein anderes Beschichtungsverfahren direkt auf den Leuchtdiodenchip 11 aufgebracht ist. Ein Konversionskörper 42 kann in jedem gezeigten Ausführungsbeispiel vorhanden sein, aus Gründen der Übersichtlichkeit wird jedoch auf die explizite Darstellung verzichtet.
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Die Auflagefläche 31 des Rahmens 3 weist eine Krümmung auf, die komplementär zur Krümmung des optischen Elements 4 ist. Auf diese Weise dient die Auflagefläche 31 zur Selbstjustage des optischen Elements. Das optische Element kann beispielsweise durch Kleben oder verbindungsmittelfrei durch eine Fixierung der Linse mittels Heiß-Attach befestigt sein. Zu diesem Zweck kann der Rahmen 3 mit einem Thermoplastmaterial ausgebildet sein, das durch Erhitzen erweicht wird. Das optische Element 4 wird dann in das derart aufgeweichte Material des Rahmens 3 gedrückt. Nach dem Abkühlen besteht eine verbindungsmittelfreie mechanisch feste Verbindung zwischen dem Rahmen 3 und dem optischen Element 4.
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Alternativ kann das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Vielzahl von optischen Elementen 4 umfassen, wobei jeder Leuchtdiode ein optisches Element 4 eineindeutig zugeordnet und nachgeordnet sein kann. Dies ist beispielsweise in Verbindung mit den 3A bis 3C gezeigt, wo kugelförmige Linsen den Leuchtdioden 1 nachgeordnet sind. Die kugelförmigen Linsen können ebenfalls selbstjustierend in gleicher Weise wie eine zylinderförmige Linse befestigt werden. Dazu ist es insbesondere wie in der 3A gezeigt möglich, dass der Rahmen 3 die Leuchtdioden 1 von sämtlichen Seitenflächen 1c her umschließt, was die Justage einer kugelförmigen Linse passgenau über der zugeordneten Leuchtdiode ermöglicht. Die Auflageflächen 31 des Rahmens können dazu eine zur Kugelkrümmung komplementäre Krümmung aufweisen, siehe 3B.
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Alternativ ist es möglich, dass die kugelförmigen Linsen durch Dispensen eines transparenten Klebstofftropfens, zum Beispiel eines Silikontropfens, über jeder Leuchtdiode 1 erzeugt sind. In diesem Fall ist es möglich, dass zwischen der Lichtaustrittsfläche 16 der Leuchtdiode und dem optischen Element kein Spalt angeordnet ist, sondern die Leuchtdiode 1 direkt an das optische Element grenzt.
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In Verbindung mit der 4A ist beschrieben, dass der Anschlussträger 2 an seiner Oberfläche 2a, insbesondere an der Montagefläche 21, reflektierend ausgebildet sein kann. Beispielsweise weist der Anschlussträger 2 dort Silber auf und ist durch einen Silber-Leadframe gebildet. Am Anschlussträger 2 kann in der Leuchtdiode 1 im Betrieb erzeugtes Licht reflektiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es wie in Verbindung mit der 4B beschrieben möglich, dass Aussparungen zwischen den Leuchtdioden mit einem lichtstreuenden Material 5 gefüllt werden. Dadurch ist eine diffusive Reflexion des Lichts erreicht. Bei dem lichtstreuenden Material 5 kann es sich beispielsweise um mit Titandioxid gefülltes Silikon handeln.
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In Verbindung mit der schematischen Draufsicht der 5A und 5B ist beschrieben, dass das optoelektronische Element 4, das beispielsweise zylinderförmig ausgebildet ist, zwischen Bereichen, die den Leuchtdioden 1 nachgeordnet sind, Verjüngungen 43 aufweisen kann, die die Flexibilität des optischen Elements 4 erhöhen und beispielsweise erlauben, das optische Element 4 entlang einer Kurve zu führen.
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In Verbindung mit den 6 und 7 sind optoelektronische Halbleiterbauteile beschrieben, die das optische Element 4 mit ebenen Lichteintrittsflächen aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei den optischen Elementen 4 um Lichtleiter handeln (siehe 6) oder das optoelektronische Halbleiterbauteil kann mit dem optischen Element 4 zu einem Seitenemitter ausgebildet werden, bei dem Licht seitlich zur Hauptabstrahlrichtung R austritt, siehe die 7. Das optische Element 4 kann auch in diesem Fall strangförmig ausgebildet sein und eine Vielzahl von Leuchtdioden 1 können an das gleiche optische Element 4 optisch angeschlossen sein.
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In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der 8A bis 8D sind weitere Formen für das optische Element 4 gezeigt, wie sie bei hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen zum Einsatz kommen können. Beim Ausführungsbeispiel der 8A ist die Lichteintrittsfläche des optischen Elements 4 ebenfalls eben ausgebildet. Das optische Element 4 kann beispielsweise an die ebene Auflagefläche 31 des optischen Elements 4 angeklebt sein.
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In der 8B ist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gezeigt, bei dem eine kugelförmige oder zylinderförmige Linse als optisches Element 4 an den Rahmen 3 geklebt ist. Die zur Ermöglichung der Selbstjustage entsprechend gekrümmte Auflagefläche 31 des Rahmens 3 kann beispielsweise durch Graustufenlithografie erzeugt werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 8C weist das optische Element 4 eine Ausnehmung 44 auf, in der die Leuchtdiode 1 vollständig angeordnet ist. Auf diese Weise stellt das optische Element 4 einen mechanischen Schutz für den Anschlussträger, den Rahmen und die Leuchtdiode 1 dar.
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In Verbindung mit der 8D ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Rahmen 3 Teil des optischen Elements 4 ist. Dieser Teil des optischen Elements 4 ist dann mechanisch am Anschlussträger 2 befestigt.
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In Verbindung mit der 9 ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das optische Element 4 einen lichtdurchlässigen, zum Beispiel klarsichtigen Grundkörper 41 aufweist, der beispielsweise mit Glas gebildet ist. Der Grundkörper weist eine Öffnung auf, die mit dem Konversionskörper 42 gefüllt ist, der ein Lumineszenzkonversionsmaterial umfasst oder aus diesem besteht. Der Konversionskörper 42 ist der Leuchtdiode 1 in einem Abstand nachgeordnet und zumindest an seiner Mantelfläche vollständig vom Grundkörper 41 umschlossen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Grundkörper 41 um ein Glasrohr, das mit einem Matrixmaterial gefüllt ist, in das der Leuchtstoff, zum Beispiel in Form von Halbleiterquantenpunkten, gefüllt ist.
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Optional kann das optoelektronische Halbleiterbauteil ein weiteres optisches Element 6 umfassen. Bei dem weiteren optischen Element 6 kann es sich beispielsweise um einen Reflektor aus beschichtetem Aluminium handeln. Dieser kann dann gleichzeitig zur Abführung von Wärme aus dem optischen Element, das heißt zur Entwärmung des Konversionskörpers 42, dienen.
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In Verbindung mit den 10A und 10B ist ein mögliches Anwendungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. Die 10A zeigt eine Draufsicht auf ein Display 7, an dessen Oberseiten jeweils ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil zur Hinterleuchtung angeordnet ist. Wie die 10B zeigt, sind die optoelektronischen Halbleiterbauteile derart ausgebildet, dass sie das Display 7 jeweils bis circa zur Mitte hin homogen ausleuchten. Auf diese Weise kann mit einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil eine besonders günstige Displayhinterleuchtung geschaffen werden.
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In Verbindung mit den 11A und 11B ist eine alternative Leuchtdiode 1, wie sie in einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil zum Einsatz kommen kann, näher erläutert. Die Leuchtdiode 1 umfasst einen Leuchtdiodenchip 11, der eine Lichtaustrittsfläche 16 aufweist. An der Lichtaustrittsfläche 16 ist zumindest eine Kontaktstelle 15 zur elektrischen Kontaktierung des Leuchtdiodenchips 11 angeordnet. Die Leuchtdiode 1 umfasst weiter einen Formkörper 12, der beispielsweise mit einem strahlungsabsorbierenden oder einem strahlungsreflektierenden Material gebildet sein kann. Beispielsweise ist der Formkörper 12 mit einem Kunststoffmatrixmaterial gebildet, in das Partikel eines absorbierenden, reflektierenden oder lichtstreuenden Materials eingebracht sind. Der Formkörper 12 kann beispielsweise weiß oder schwarz erscheinen.
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Der Formkörper 12 umgibt den Leuchtdiodenchip 11 an dessen Seitenflächen vollständig. Die seitlichen Außenflächen des Formkörpers 12 bilden die Seitenflächen 1c der Leuchtdiode 1 aus. Von den Kontaktstellen 15 des Leuchtdiodenchips 11 erstrecken sich elektrisch leitende Verbindungen 14, die mit einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise einem Metall gebildet sind, zu Durchkontaktierungen 13, die sich vollständig durch den Formkörper 12 von seiner Oberseite 12a zu seiner Unterseite 12b erstrecken.
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Im Bereich der Durchkontaktierungen 13 sind elektrische Kontaktstellen 17 ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann eine Kontaktstelle 17 zur thermischen und/oder elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 11 an der Unterseite freiliegen. Dort ist beispielsweise die Unterseite des Leuchtdiodenchips 11 frei zugänglich.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
