DE102013209369A1

DE102013209369A1 - Leuchtvorrichtung mit auf lichtemittierender Oberfläche aufliegender Konversionsschicht

Info

Publication number: DE102013209369A1
Application number: DE102013209369.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Waldschik; Bjoern Hoxhold
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Eine Leuchtvorrichtung (8) weist mindestens eine lichtemittierende Oberfläche (2, 2a–2c) und eine auf der lichtemittierenden Oberfläche aufliegende Konversionsschicht (7, 7a–7c) auf, wobei die auf mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche aufliegende Konversionsschicht lithographisch strukturiert ist. Ein Verfahren (S1–S4) dient zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung (8; 9), und weist mindestens folgende Schritte auf: Bereitstellen (S1) mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c); Aufbringen (S3) einer gleichförmigen Konversionsschicht (7) auf die mindestens eine lichtemittierende Oberfläche (2, 2a–2c), deren Material lithographisch strukturierbar ist; Ausmessen (S2) eines Ist-Farborts eines durch die jeweilige lichtemittierende Oberfläche (2, 2a–2c) erzeugten Lichts; und lithographisches Strukturieren (S4) der Konversionsschicht (7) durch Freilegen zumindest eines Teils der Konversionsschicht (7) auf mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c) so, dass ein Flächenanteil (Fa–Fc) der strukturierten Konversionsschicht (7, 7a–7c) an einer jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c) einer Verschiebung des Ist-Farborts zu einem Soll-Farbort entspricht. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Chip-On-Board(„CoB“)-Module sowie LED-Wafer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine lichtemittierende Oberfläche und mindestens eine auf der lichtemittierenden Oberfläche aufliegende Konversionsschicht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Chip-On-Board(„CoB“)-Module sowie LED-Wafer.
Um weißes Licht mittels Leuchtdioden (LEDs) zu erzeugen, wird auf blaues Primärlicht emittierende LEDs ein wellenlängenkonvertierendes Material („Leuchtstoff“) aufgebracht, welches das Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht größerer Wellenlänge, meist in gelbes Sekundärlicht, umwandelt. Das gelb-blaue Mischlicht aus dem konvertierten Sekundärlicht und dem nicht konvertiertem Primärlicht wirkt dann weiß und weist einen zugehörigen (Summen-)Farbort auf.
Die physikalischen Eigenschaften der LED-Chips auf einem gemeinsamen Wafer (auf „Wafer Level“ oder Waferebene) unterliegen einer herstellungsbedingten Streuung, so dass es für jeden LED-Chip einer unterschiedlichen Menge des Leuchtstoffs bedarf, um einen entsprechend gleichen Ziel- oder Soll-Summenfarbort zu erhalten.
Bei LED-Modulen, bei denen ein oder mehrere zuvor vereinzelte LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind (was auch als „Chip-On-Board“, „Light Kernel“ oder „Light Engine“ bezeichnet werden kann), kann der Leuchtstoff auf eine das blaue Primärlicht emittierende Oberfläche eines LED-Chips aufgebracht werden, indem Leuchtstoffplättchen oder „Platelets“ darauf aufgelegt werden. Die Leuchtstoffplättchen bestehen entweder aus keramischem Leuchtstoff oder weisen ein transparentes, vergussfähiges Matrixmaterial (z.B. Silikon) auf, in welchem Leuchtstoffpulver als Pulvermaterial verteilt ist. Diese Leuchtstoffplättchen unterliegen ebenfalls Streuungen bedingt durch Schwankungen ihrer Dicke, eines Füllgrads des Leuchtstoffs und einer Verteilung der Leuchtstoffpartikel.
Um die herstellungsbedingten Schwankungen zu korrigieren und um dadurch eine verbesserte Annäherung an den Soll-Summenfarbort des Mischlichts zu erreichen, werden auf Waferebene bisher die zu vereinzelnden LED-Chips nach ihren physikalischen Eigenschaften sortiert (in sogenannte BINs, „Binning“). Typische Eigenschaften sind Wellenlänge, Helligkeit und Vorwärtsspannung. Separat dazu werden Leuchtstoffplättchen über Siebdruck- oder Mold-Verfahren hergestellt, dann deren Konversionsgrad gemessen und folgend danach sortiert. In einem weiteren Arbeitsschritt wird ein jeweils passendes Leuchtstoffplättchen auf den richtigen LED-Chip geklebt, um einen gewünschten Soll-Summenfarbort zu erhalten.
Bei LED-Modulen werden auf ähnliche Weise sortierte oder „gebinnte“ LED-Chips mit sortierten oder „gebinnten“ Leuchtstoffplättchen kombiniert. Es können aber auch ungebinnte Kombinationen nach einer Farbartmessung mittels Abdünnung des Leuchtstoffplättchens korrigiert werden. Zudem können die Kombinationen im Dispensverfahren zusätzlich mit einer vergussfähigen Leuchtstoffmasse vergossen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zum Korrigieren eines Ist-Farborts einer Konversions-Halbleiterlichtquelle bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine lichtemittierende Oberfläche und mindestens eine auf der lichtemittierenden Oberfläche aufliegende Konversionsschicht, wobei die auf mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche aufliegende Konversionsschicht lithographisch strukturiert ist.
Die lichtemittierende Oberfläche emittiert Primärlicht einer vorbestimmten spektralen Zusammensetzung, insbesondere einer vorbestimmten Wellenlänge. Die auf der lichtemittierenden Oberfläche befindliche oder aufliegende Konversionsschicht weist mindestens einen Leuchtstoff auf, welcher das eingestrahlte Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht einer anderen, konvertierten spektralen Zusammensetzung umwandelt. Das Sekundärlicht mag insbesondere eine größere Wellenlänge aufweisen als das Primärlicht. Wird das Primärlicht wie bei der vorliegenden Leuchtvorrichtung nicht vollständig in Sekundärlicht umgewandelt, wird in Summe von der lichtemittierenden Oberfläche und der darauf befindlichen Konversionsschicht ein Mischlicht aus Primärlicht und Sekundärlicht abgestrahlt, das einen bestimmten Summenfarbort aufweist.
Die lichtemittierende Oberfläche mag insbesondere eine Oberfläche einer Halbleiterstruktur der Leuchtvorrichtung sein. Das von der lichtemittierenden Oberfläche abgestrahlte Primärlicht ist dann also halbleitertechnisch erzeugt. Die Halbleiterstruktur mag insbesondere eine LED-Struktur oder eine Laserstruktur sein.
Diese Leuchtvorrichtung weist den Vorteil auf, dass durch die lithographische Strukturierung eine sehr genaue geometrische Formung der Konversionsschicht möglich ist und dadurch auch eine sehr genaue Einstellung des Umwandlungsgrads oder Konversionsgrads des von der lichtemittierenden Oberfläche abgestrahlten Primärlichts. So kann ein Soll-Summenfarbort des von der lichtemittierenden Oberfläche und der darauf befindlichen Konversionsschicht erzeugten Mischlichts genau und mit einfachen Mitteln eingestellt werden. Insbesondere kann so auf eine separate Herstellung, Sortierung und folgende Anbringung eines Leuchtstoffplättchens verzichtet werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Konversionsschicht einen lichtdurchlässigen Fotolack oder „Fotoresist“ als Matrixmaterial aufweist, welcher mindestens einen Leuchtstoff als Füllmaterial aufweist. Dadurch wird eine einfache lithographische Strukturierung der Konverterschicht ermöglicht. Das Matrixmaterial kann die Eigenschaft eines positiven Fotolacks („Positiv-Resists“) oder eines negativen Fotolacks („Negativ-Resists“) aufweisen.
Mittels der lithographischen Strukturierung mag beispielsweise eine Dicke der Konversionsschicht bei Verwendung eines positiven Fotolacks mit hoher Genauigkeit eingestellt werden, insbesondere da deren Ausgangsdicke vor der Strukturierung gut bekannt ist. Dies wiederum ermöglicht eine präzise Einstellung des Konversionsgrads auf einfache Weise.
Es ist eine zur genauen Einstellung des Konversionsgrads bevorzugte Weiterbildung, dass durch die lithographische Strukturierung zumindest Teilbereiche der Konversionsschicht gezielt vollständig entfernt werden. Nicht entfernte Teilbereiche sind vorzugsweise nicht gedünnt. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, dass der Konversionsgrad genau und vergleichsweise wenig abhängig von üblichen Schichtdickenvariationen der Konversionsschicht einstellbar ist. Der Konversionsgrad hängt insbesondere von einem (lithographisch sehr genau einstellbaren) Flächenanteil der auf einer lichtemittierenden Oberfläche aufliegenden Konversionsschicht ab. An freigelegten oder entfernten Flächenbereichen wird reines Primärlicht abgestrahlt, welches also ohne Konversion zu dem Mischlicht beiträgt. Nicht entfernte Flächenbereiche der Konversionsschicht tragen reines Sekundärlicht oder eine vorbestimmte Mischung aus Primärlicht und Sekundärlicht zu dem Mischlicht bei.
Es ist also eine zu diesem Zweck besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass ein Flächenanteil der auf einer lichtemittierenden Oberfläche aufliegenden Konversionsschicht zur Einstellung eines Summenfarborts des von der lichtemittierenden Oberfläche und der dort aufliegenden Konversionsschicht abgestrahlten Mischlichts festgesetzt ist. Durch die Einstellung oder Festlegung des Flächenanteils der Konversionsschicht mag also der Summenfarbort des Mischlichts auf einfache Weise auf einen gewünschten Soll-Summenfarbort eingestellt werden oder worden sein.
Die Konversionsschicht mag insbesondere ein transparentes Matrixmaterial oder Grundmaterial aufweisen, in welchem mindestens ein Leuchtstoff (zur Umwandlung des Primärlichts in ein jeweiliges Sekundärlicht) als Füllstoff verteilt ist. Der Leuchtstoff mag insbesondere als Leuchtstoffpartikel, z.B. Leuchtstoffpulver, vorliegen. Das transparente Matrixmaterial mag z.B. Silikon oder Epoxidharz sein.
Die Konversionsschicht mag insbesondere eine auf einer lichtemittierenden Oberfläche aufgedruckte Konversionsschicht sein, z.B. eine durch Siebdruck, Schablonendruck oder Rakeln aufgebrachte Konversionsschicht. So ist auf preiswerte und einfache Weise eine Konversionsschicht mit hochgradig konstanter Schichtdicke herstellbar. Jedoch kann die Konversionsschicht auch durch Schleudern, Laminieren, Stempeln, Prägen, Sprühen usw. aufgebracht worden sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass die verbleibenden Flächenbereiche der Konversionsschicht praktisch gleiche Eigenschaften aufweisen, insbesondere eine praktisch gleiche Schichtdicke und eine gleiche Materialzusammensetzung aufweisen. Dies erleichtert eine Einstellung oder Bestimmung des Soll-Summenfarborts.
Der lithographisch entfernte Teilbereich mag insbesondere ein mittig zu der lichtemittierenden Oberfläche positionierter („zentraler“) Bereich sein, z.B. in Form eines Kreises oder eines Rechteckt, insbesondere Quadrats. Auch mag der lithographisch entfernte Teilbereich mehrere symmetrisch, z.B. matrixartig, auf der lichtemittierenden Oberfläche angeordnete Unterbereiche aufweisen. Die Unterbereiche können separat voneinander angeordnet sein, sich berühren oder sich überlappen. Die Unterbereiche können beispielsweise ein schachbrettartiges Muster bilden. Ein Flächenanteil kann dann z.B. einfach durch eine Größe der Unterbereiche eingestellt werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens einen vereinzelten Halbleiterchip aufweist. Im Folgenden wird ein Verbund mit einem mindestens eine lichtemittierende Oberfläche aufweisenden Halbleiterchip und einer darauf aufgebrachten Konversionsschicht auch als „Konversionschip“ bezeichnet, im Fall einer lithographisch strukturierten Konversionsschicht auch als „lithographisch strukturierter Konversionschip“.
Der mindestens eine vereinzelte Halbleiterchip mag beispielsweise ein LED-Chip oder ein Laserchip sein, z.B. ein Chip einer Laserdiode.
Die Leuchtvorrichtung mag z.B. ein sog. Chip-on-Board („CoB“)-Modul mit mindestens einem auf einer Leiterplatte aufgebrachten lithographisch strukturierten Konversionschip, insbesondere LED-Chip, eine Light Engine, oder eine gehäuste Leuchtdiode mit einem darin aufgenommenen lithographisch strukturierten Konversionschip sein.
Die Leuchtvorrichtung mag insbesondere genau einen vereinzelten lithographisch strukturierten Konversions-Chip aufweisen. Es ist jedoch auch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mehrere, insbesondere auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachte Halbleiterchips aufweist. Das Substrat mag z.B. ein Keramiksubstrat, ein metallischer Körper oder eine herkömmliche Leiterplatte sein. Die lichtemittierenden Oberflächen der Halbleiterchips befinden sich dabei für eine einfache, gleichmäßige Aufbringung der Konversionsschicht bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene. Eine Ausgestaltung mit mindestens einem zuvor vereinzelten Halbleiterchip weist den Vorteil auf, dass sich die Konversionsschicht auch noch in einem anwendungsbezogenen Herstellungsschritt aufbringen und lithographisch strukturieren lässt.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der vereinzelte Halbleiterchip ein oberflächenabstrahlender Halbleiterchip, insbesondere LED-Chip, ist. Dies ermöglicht eine besonders präzise Einstellung des Soll-Summenfarborts und insbesondere auch die Möglichkeit, die Konversionsschicht bei Bedarf vollständig von der lichtemittierenden Oberfläche zu entfernen. Die Abdeckung der lichtemittierenden Oberfläche mit der Konversionsschicht ist ferner besonders einfach möglich. Ein oberflächenabstrahlender LED-Chip strahlt Primärlicht nur von seiner einen, oberflächlichen lichtemittierenden Oberfläche ab. Ein möglicher oberflächenabstrahlender LED-Chip ist ein sog. „ThinGaN“-Chip auf Dünnfilmbasis, welcher z.B. von der Firma OSRAM Opto Semiconductors GmbH erhältlich ist.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens einen Halbleiterchip aufweist, welcher keine Konversionsschicht aufweist. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, falls die Leuchtvorrichtung Halbleiterchips unterschiedlicher Art, z.B. mit unterschiedlich farbigem Primärlicht, aufweist, von denen eine Art keine Wellenlängenkonversion benötigt, sondern deren Primärlicht direkt als Lichtanteil des Mischlichts nutzbar ist. Auch mögen zur Erreichung eines gewünschten Soll-Summenfarborts Halbleiterchips gleicher Art teilweise mit der strukturierten Konversionsschicht belegt sein und teilweise keine Konversionsschicht aufweisen. Beispielsweise mag eine Leuchtvorrichtung ausschließlich blaues Primärlicht abstrahlende LED-Chips, blau-grünes Mischlicht (auch als „EQ White“ oder grünlich-weiß bezeichnet) abstrahlende LED-Konversionschips und ausschließlich rotes, orangefarbenes oder bernsteinfarbenes Primärlicht abstrahlende LED-Chips aufweisen. Diese Ausgestaltung weist den weiteren Vorteil auf, dass Lichtverluste an einem solchen Halbleiterchip vermieden werden können, die sich ansonsten durch die Anwesenheit der Konversionsschicht ergeben würden, und zwar auch dann, wenn diese das Primärlicht nicht umwandelt bzw. nicht für das Primärlicht empfindlich ist.
Diese Ausgestaltung mag durch Freilegen der zugehörigen lichtemittierenden Oberfläche umgesetzt werden, oder so, dass die lichtemittierende Oberfläche gar nicht erst mit der Konversionsschicht belegt wird.
Es ist eine – insbesondere alternative – Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung einen Wafer mit mehreren lichtemittierenden Oberflächen aufweist. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sich so mehrere lichtemittierende Oberflächen in einem gemeinsamen Arbeitsablauf bereits auf Waferebene mit einer individuell angepassten lithographisch strukturierten Konversionsschicht versehen lassen, was herstellungstechnisch vorteilhaft sein mag. Die lichtemittierenden Oberflächen bzw. die zugehörigen Halbleiterstrukturen können zusammen mit der ihnen jeweils zugehörigen Konversionsschicht insbesondere später zu lithographisch strukturierten Konversionschips vereinzelt werden.
Es ist eine Ausgestaltung davon, dass die Konversionsschicht eine für mehrere lichtemittierende Oberflächen gemeinsame Konversionsschicht ist. Dies vereinfacht eine Herstellung, da die Konversionsschicht für mehrere, insbesondere alle, lichtemittierenden Oberflächen eines Wafers in einem Arbeitsschritt aufbringbar ist. So lässt sich zudem eine besonders einheitliche Materialzusammensetzung der Konversionsschicht erreichen. Auch lässt sich der fotolithographische Prozess für mehrere, insbesondere alle, lichtemittierenden Oberflächen des Wafers gemeinsam durchführen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung, welches Verfahren mindestens folgende Schritte aufweist: (a) Bereitstellen mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche; (b) Aufbringen einer gleichförmigen Konversionsschicht auf die mindestens eine lichtemittierende Oberfläche, deren Material lithographisch strukturierbar ist; (c) Ausmessen oder Bestimmen eines Ist-Farborts eines durch die jeweilige lichtemittierende Oberfläche erzeugten Lichts; und (d) lithographisches Strukturieren der Konversionsschicht durch Freilegen zumindest eines Teils der Konversionsschicht auf mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche so, dass ein Flächenanteil der Konversionsschicht an einer jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche einer Verschiebung des Ist-Farborts zu einem Soll-Farbort entspricht. In anderen Worten steht der Flächenanteil in einer eindeutigen, bekannten oder berechenbaren Beziehung zu der Abweichung zwischen Ist-Farbort und Soll-Farbort.
Das Bereitstellen der mindestens einen lichtemittierenden Oberfläche in Schritt (a) umfasst insbesondere ein Bereitstellen mindestens einer Halbleiterstruktur mit mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche.
Das Aufbringen der gleichförmigen Konversionsschicht auf die mindestens eine lichtemittierende Oberfläche in Schritt (b), deren Material lithographisch strukturierbar ist, umfasst insbesondere ein Aufbringen der Konversionsschicht mit einer gleichförmigen Schichtdicke.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Konversionsschicht eine durch ein Druckverfahren aufgebrachte Konversionsschicht ist, z.B. durch einen Siebdruck, einen Schablonendruck o.ä. Dies ergibt den Vorteil einer einfachen und preiswerten Aufbringung der Konversionsschicht mit einer hochgradig konstanten Schichtdicke. Jedoch ist die Auftragung der Konversionsschicht nicht darauf beschränkt. So mag die Konversionsschicht auch durch Sprühen, Aufschleudern, Laminieren, Stempeln, Prägen, Vergießen usw. aufgebracht werden.
Der Schritt (c) des Ausmessens oder Bestimmens eines Ist-Farborts eines durch die jeweilige lichtemittierende Oberfläche erzeugten Lichts mag insbesondere die folgenden zwei Fälle umfassen: nämlich erstens den Fall (i), dass der Schritt (c) ein Ausmessen oder Bestimmen eines Ist-Farborts des durch die jeweilige lichtemittierende Oberfläche erzeugten Primärlichts umfasst. In diesem Fall (i) wird Schritt (c) vor Schritt (b) durchgeführt.
Der zweite Fall (ii) betrifft die Möglichkeit, dass der Schritt (c) ein Ausmessen oder Bestimmen eines Ist-Summenfarborts des durch die jeweilige lichtemittierende Oberfläche und die Konversionsschicht erzeugten Mischlichts umfasst. In diesem Fall (ii) wird Schritt (b) vor Schritt (c) durchgeführt.
Folgend auf Schritt (c) lässt sich eine Abweichung des Ist-Farborts von dem gewünschten Soll-Farbort bestimmen. Diese Abweichung lässt sich dann durch Schritt (d) zumindest teilweise ausgleichen oder kompensieren. Insbesondere lässt sich ein Zusammenhang zwischen der auszugleichenden Abweichung des Ist-Farborts und dem zum Erreichen des Soll-Summenfarbort benötigten Flächenanteils der Konversionsschicht auf mindestens einer zugehörigen lichtemittierenden Oberfläche herstellen.
Im Fall (i) kann insbesondere in Schritt (c) die Abweichung des Ist-Farborts des Primärlichts von einem Soll-Farborts des Primärlichts bestimmt werden und der Soll-Summenfarbort des Mischlichts unter dieser Kenntnis durch ein geeignetes lithographisches Strukturieren in Schritt (d) erreicht werden.
Im Fall (ii) kann in Schritt (c) die Abweichung des Ist-Summenfarborts des Mischlichts von einem Soll-Summenfarbort des Mischlichts bestimmt werden und der Soll-Summenfarbort des Mischlichts durch ein geeignetes lithographisches Strukturieren in Schritt (d) erreicht werden.
Der Schritt (d) des lithographischen Strukturierens mag beispielsweise für den Fall, dass die Konversionsschicht eine Eigenschaft eines Fotolacks oder Fotoresists aufweist, die folgenden Teilschritte aufweisen: (1) Strukturiertes (d.h., insbesondere teilweises) Belichten der, insbesondere noch vollflächigen, Konversionsschicht und (2) Entwickeln der strukturiert belichtetes Konversionsschicht.
Falls eine Konversionsschicht vorliegt, die sich wie ein Negativlack verhält, werden von der Konversionsschicht nach dem Entwickeln nur die zuvor belichteten Bereiche übrig bleiben. Falls eine Konversionsschicht vorliegt, die sich wie ein Positivlack verhält, werden nach dem Entwickeln nur die Bereiche übrig bleiben, welche nicht belichtet worden sind.
Das strukturierte Belichten kann z.B. mittels einer Maske oder direkt mittels einer Laser-Direkt-Belichtung, Laserlithografie oder maskenlosen Direktbelichtung erreicht werden, da dann auf eine Maske verzichtet werden kann.
Der Schritt (d) des lithographischen Strukturierens mag insbesondere auch ein Freilegen elektrischer Kontaktbereiche (wie Kontaktpads usw.) umfassen.
Dieses Verfahren kann allgemein analog zu der Leuchtvorrichtung ausgestaltet werden und die gleichen Vorteile aufweisen.
So ist es eine Ausgestaltung, dass das Bereitstellen in Schritt (a) ein Bereitstellen mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche mindestens eines vereinzelten Halbleiterchips umfasst. Das Aufbringen der Konversionsschicht umfasst dann besonders bevorzugt ein Drucken, insbesondere ein Schablonen- oder Siebdrucken.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass das Bereitstellen in Schritt (a) ein Bereitstellen eines Wafers mit mehreren lichtemittierenden Oberflächen umfasst. Als Ergebnis dieser Ausgestaltung verbleibt ein Wafer mit vereinzelbaren Halbleiterchips gleichen Summenfarborts.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansichten mehrere Schritte zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansichten mehrere Schritte zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
3A–3E zeigen in Draufsicht ohne Beschränkung der Allgemeinheit einige mögliche Ausgestaltungen von lichtemittierenden Oberflächen lithographisch strukturierter Konversions-LED-Chips.
1 zeigt in einem ersten Schritt S1 ein Bereitstellen eines Halbleiterwafers 1 mit mehreren lichtemittierenden Oberflächen 2 bzw. 2a, 2b, 2c an der Oberseite 3 des Halbleiterwafers 1. Neben den lichtemittierenden Oberflächen 2 bzw. 2a, 2b, 2c befinden sich an der Oberseite 3 Kontaktfelder 4 zur elektrischen Kontaktierung von zugehörigen Halbleiterstrukturen 5 bzw. 5a, 5b, 5c. Nach einer Vereinzelung des Halbleiterwafers 1 stellen diese Halbleiterstrukturen 5 Halbleiterlichtquellen dar, die über die zugehörigen Kontaktfelder 4 so mit elektrischer Energie versorgbar sind, dass ihre jeweiligen lichtemittierenden Oberflächen 2 bzw. 2a, 2b, 2c Primärlicht abstrahlen. Das Primärlicht mag z.B. blaues Licht sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterstrukturen 5 nach ihrer Vereinzelung oberflächenemittierende LED-Chips 6 bzw. 6a, 6b, 6c. Obwohl das Verfahren auch an vereinzelten LED-Chips 6 durchführbar ist, wird hier vor allem auf eine Anwendung auf den Halbleiterwafer 1 genauer eingegangen.
In einem folgenden Schritt S2 wird ein Farbort des Primärlichts jeder der lichtemittierenden Oberflächen 2a, 2b, 2c („Ist-Farbort“) ausgemessen und ein zugehöriger Flächenanteil bestimmt, welcher eine auf die jeweilige lichtemittierende Oberflächen 2a, 2b, 2c aufgebrachte Konversionsschicht (siehe unten) benötigt oder erhalten soll, damit ein an der jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche 2a, 2b, 2c erzeugtes Mischlicht möglichst genau einem Soll-Summenfarbort entspricht, hier z.B. entsprechend einem Punkt auf einer Planck-Kurve in einem Farbraum, insbesondere zur Erzeugung eines weißen Mischlichts.
In einem folgenden Schritt S3 wird auf die Oberfläche 3 des Halbleiterwafers 1 z.B. durch Drucken eine Konversionsschicht 7 gleichförmiger Dicke aufgebracht. Die Konversionsschicht 7 weist ein fotoresistives, lichtdurchlässiges Matrixmaterial mit Leuchtstoff als Füllmaterial auf. Der Leuchtstoff dient zur Umwandlung des von den lichtemittierenden Oberflächen 2a, 2b, 2c emittierten Primärlichts in mindestens ein wellenlängenumgewandeltes Sekundärlicht. Hier mag mindestens ein Leuchtstoff z.B. blaues Licht in gelbes Licht umwandelnden Leuchtstoff umfassen. Die Konversionsschicht 7 ist also durch einen Lithographieprozess selektiv abtragbar oder strukturierbar.
In einem folgenden Schritt S4 wird die Konversionsschicht 7 selektiv abgetragen oder strukturiert und dadurch eine Leuchtvorrichtung 8 bereitgestellt. Dazu wird die Konversionsschicht 7 selektiv oder strukturiert belichtet, bevorzugt mittels einer Laser-Direktbelichtung, und dann entwickelt. Dabei wird für jede der lichtemittierenden Oberflächen 2a, 2b, 2c der in Schritt S2 bestimmte Flächenanteil Fa, Fb bzw. Fc der folgend zu strukturierenden Konversionsschicht 7 eingehalten. Dieser Flächenanteil Fa, Fb, Fc ergibt sich beispielsweise aus einem Verhältnis der auf der jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche 2a, 2b bzw. 2c verbliebenen Fläche der strukturierten Konversionsschicht 7a, 7b bzw. 7c zu der Fläche der lichtemittierenden Oberfläche 2a, 2b, 2c (oder umgekehrt). Auch die Kontaktfelder 4 werden freigelegt.
Jedoch kann alternativ auf den Schritt S2 verzichtet werden und stattdessen zwischen den Schritten S3 und S4 ein Schritt S5 durchgeführt werden. Dieser Schritt S5 mag insbesondere umfassen, dass die Ist-Summenfarborte des der jeweiligen lichtemittierenden Oberflächen 2a, 2b, 2c zugehörigen Mischlichts ausgemessen werden und folgend ein jeweils zugehöriger Flächenanteil Fa–Fc der strukturierten Konversionsschicht 7a–7c bestimmt wird, der benötigt wird, damit ein an der jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche 2a, 2b, 2c erzeugtes Mischlicht möglichst genau dem Soll-Summenfarbort entspricht.
Bei Betrieb der Leuchtvorrichtung 8 wird von jeder der lichtemittierenden Oberflächen 2a, 2b, 2c blaues Primärlicht abgestrahlt, das von der darauf aufliegenden strukturierten Konversionsschicht 7a, 7b bzw. 7c zumindest teilweise in gelbes Sekundärlicht umgewandelt wird. Insgesamt ergibt sich so ein blau-gelbes bzw. weißes Mischlicht, dessen Farbort durch den Flächenanteil einstellbar ist.
Wie in 2 gezeigt, mag das Verfahren auch auf einen oder mehrere vereinzelte Halbleiterstrukturen mit jeweils mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche angewandt werden, hier: auf einen oder mehrere LED-Chips 6 bzw. 6d, 6b, 6c. Zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung 9 mögen in einem ersten Schritt S6 wie gezeigt die an einem gemeinsamen Substrat 10 angeordneten LED-Chips 6 bzw. 6d, 6b, 6c bereitgestellt werden, hier: auf einer Oberfläche eines als Substrat 10 dienenden plattenförmigen Keramiksubstrats oder einer Leiterplatte. Der LED-Chip 6d ist im Gegensatz zu den blaues Primärlicht abstrahlenden „blauen“ LED-Chips 6b, 6c ein „roter“ LED-Chip, welcher rotes Primärlicht abstrahlt, z.B. zur Erzeugung eines wärmeren Farbtons, z.B. „warm-weiß“.
In einem folgenden Schritt S7 werden die lichtemittierenden Oberflächen 2d, 2b bzw. 2c der LED-Chips 6d, 6b und 6c durch ein Druckverfahren wie einen Sieb- oder Schablonendruck mit der Konversionsschicht 7 vollflächig bedeckt. Auch ein Raum zwischen den LED-Chips 6d, 6b und 6c wird damit verfüllt, falls er noch frei ist. Um zu verhindern, dass das Material der Konversionsschicht 7 randseitig abfließt, mögen die LED-Chips 6d, 6b und 6c von einem umlaufenden, auf dem Substrat 10 angebrachten Ring 11 umgeben sein.
In einem folgenden Schritt S8, der ähnlich zu Schritt S5 ist, werden die Ist-Summenfarborte zumindest des den jeweiligen lichtemittierenden Oberflächen 2b, 2c zugehörigen Mischlichts ausgemessen und folgend ein jeweils zugehöriger Flächenanteil Fb, Fc der Konversionsschicht 7 bestimmt, der benötigt wird, damit ein an der jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche 2b, 2c erzeugtes Mischlicht möglichst genau dem Soll-Summenfarbort entspricht. Der Ist-Summenfarbort des roten LED-Chips 6d bzw. seiner lichtemittierenden Oberfläche 2d braucht nicht ausgemessen zu werden.
In Schritt S9 wird die Konversionsschicht 7 selektiv abgetragen oder strukturiert und dadurch die Leuchtvorrichtung 9 bereitgestellt. Dazu wird die Konversionsschicht 7 selektiv oder strukturiert belichtet, bevorzugt mittels einer Laser-Direktbelichtung, und dann entwickelt. Dabei wird für die lichtemittierenden Oberflächen 2b und 2c der in Schritt S7 bestimmte Flächenanteil Fb bzw. Fc der strukturierten Konversionsschicht 7b und 7c eingehalten. Die lichtemittierende Oberfläche 2d des roten LED-Chips 6d wird vollständig freigelegt. Auch die Kontaktfelder 4 aller LED-Chips 6b–d werden freigelegt. Die Leuchtvorrichtung 9 weist in anderen Worten mehrere lithographisch strukturierte Konversionschips 6b, 7b und 6c, 7c als auch mindestens einen nicht konvertierenden LED-Chip 6d auf.
Bei Betrieb der Leuchtvorrichtung 9 wird von den lichtemittierenden Oberflächen 2b, 2c der blauen LED-Chips 6b, 6c blaues Primärlicht abgestrahlt, das von der darauf aufliegenden Konversionsschicht 7 zumindest teilweise in gelbes Sekundärlicht umgewandelt wird. Insgesamt ergibt sich so ein von den strukturierten LED-Konversionschips 6b, 7b und 6c, 7c abgestrahltes blau-gelbes bzw. weißes Mischlicht, dessen Farbort durch den Flächenanteil einstellbar ist. Der rote LED-Chip 6d trägt noch einen roten Farbanteil zu dem von der Leuchtvorrichtung 9 insgesamt abgestrahlten Mischlicht bei.
3A bis 3E zeigen in Draufsicht ohne Beschränkung der Allgemeinheit einige mögliche Ausgestaltungen von lichtemittierenden Oberflächen lithographisch strukturierter Konversions-LED-Chips. 3A zeigt eine quadratische lichtemittierenden Oberfläche 12 eines (noch nicht oder bereits vereinzelten) Konversions-LED-Chips 13 mit einer darauf aufgebrachten strukturierten Konversionsschicht 14 mit mehreren in einem quadratischen Matrixmuster angeordneten kreisförmigen Teilbereichen 15. Die Leuchtstoff tragenden Teilbereiche 15 berühren sich nicht. Die Summe der Flächen der Teilbereiche 15 im Verhältnis zu der Fläche der lichtemittierenden Oberfläche 12 entspricht einer möglichen Repräsentation des Flächenanteils F.
3B zeigt die quadratische lichtemittierenden Oberfläche 12 eines Konversions-LED-Chips 17 mit einer darauf aufgebrachten strukturierten Konversionsschicht 18 mit mehreren in einem quadratischen Matrixmuster angeordneten kreisförmigen Teilbereichen 19. Die Leuchtstoff tragenden Teilbereiche 19 sind größer als die Teilbereiche 15. Benachbarte Teilbereiche 19 berühren sich randseitig.
3C zeigt die quadratische lichtemittierenden Oberfläche 12 eines Konversions-LED-Chips 20 mit einer darauf aufgebrachten strukturierten Konversionsschicht 21 aus mehreren in einem quadratischen Matrixmuster angeordneten Teilbereichen 22. Benachbarte Teilbereiche 22 überlappen sich.
3D zeigt eine quadratische lichtemittierenden Oberfläche 12 eines Konversions-LED-Chips 23 mit einer darauf aufgebrachten strukturierten Konversionsschicht 24 mit mehreren in einem quadratischen Matrixmuster angeordneten quadratischen Teilbereichen 25. Die Leuchtstoff tragenden Teilbereiche 25 berühren sich nicht.
3E zeigt eine quadratische lichtemittierenden Oberfläche 12 eines Konversions-LED-Chips 26 mit einer darauf aufgebrachten strukturierten Konversionsschicht 27 mit einer einzigen, mittig angeordneten quadratischen Aussparung 28.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So kann die strukturierte Konversionsschicht beispielsweise auch ein ungleichmäßiges oder unregelmäßiges Muster oder Strukturierung aufweisen.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterwafer
2: lichtemittierende Oberfläche
2a–2d: lichtemittierende Oberflächen
3: Oberseite
4: Kontaktfeld
5: Halbleiterstruktur
5a: Halbleiterstruktur
5b: Halbleiterstruktur
5c: Halbleiterstruktur
6: LED-Chip
6a: LED-Chip
6b: blauer LED-Chip
6c: blauer LED-Chip
6d: roter LED-Chip
7: Konversionsschicht
7a–7c: strukturierte Konversionsschichten
8: Leuchtvorrichtung
9: Leuchtvorrichtung
10: Substrat
11: Ring
12: lichtemittierende Oberfläche
13: Konversions-LED-Chip
14: strukturierte Konversionsschicht
15: Teilbereich
17: Konversions-LED-Chip
18: strukturierte Konversionsschicht
19: Teilbereich
20: Konversions-LED-Chip
21: strukturierte Konversionsschicht
22: Teilbereich
23: Konversions-LED-Chip
24: strukturierte Konversionsschicht
25: Teilbereich
26: Konversions-LED-Chip
27: strukturierte Konversionsschicht
28: Aussparung
F: Flächenanteil
Fa–Fc: Flächenanteile
S1–S9: Schritte zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung

Claims

Leuchtvorrichtung (8; 9), aufweisend mindestens eine lichtemittierende Oberfläche (2, 2a–2c; 2b–2d; 12) und mindestens eine auf der lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c; 2b, 2c; 12) aufliegende Konversionsschicht (7, 7a–7c; 7b, 7c; 14; 18; 21; 24), wobei die auf mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c; 2b, 2c; 12) aufliegende Konversionsschicht (7, 7a–7c; 7b, 7c; 14; 18; 21; 24) lithographisch strukturiert ist.
Leuchtvorrichtung (8; 9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht (7, 7a, 7b, 7c) einen lichtdurchlässigen Fotolack als Matrixmaterial aufweist, welcher mindestens einen Leuchtstoff als Füllmaterial aufweist.
Leuchtvorrichtung (8; 9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Flächenanteil (Fa–Fc) der auf einer lichtemittierenden Oberfläche (2a–2c) aufliegenden Konversionsschicht (7a–7c) zur Einstellung eines Summenfarborts des von der lichtemittierenden Oberfläche (2a–2c) und der dort aufliegenden Konversionsschicht (7a–7c) abgestrahlten Mischlichts festgesetzt ist.
Leuchtvorrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (9) mindestens einen vereinzelten Halbleiterchip (6; 6a–6d) aufweist, welcher mindestens eine lichtemittierende Oberfläche (2; 2a–2d) aufweist.
Leuchtvorrichtung (9) nach Anspruch 4, wobei die Leuchtvorrichtung (9) mehrere einem gemeinsamen Substrat (10) aufgebrachte Halbleiterchips (6b–6d) aufweist.
Leuchtvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei der vereinzelte Halbleiterchip (6b–6d) ein oberflächenabstrahlender LED-Chip (6b–6d) ist.
Leuchtvorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Leuchtvorrichtung (9) mindestens einen Halbleiterchip (6d) aufweist, welcher keine Konversionsschicht aufweist.
Leuchtvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leuchtvorrichtung (8) einen Wafer (1) mit mehreren lichtemittierenden Oberflächen (2a–2c) aufweist.
Leuchtvorrichtung (8; 9) nach Anspruch 8, wobei die Konversionsschicht (7) eine für mehrere lichtemittierende Oberflächen (2a–2c; 2b–2d) gemeinsame Konversionsschicht (7) ist.
Leuchtvorrichtung (8; 9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konversionsschicht (7, 7a–7d) eine durch ein Druckverfahren aufgebrachte Konversionsschicht (7, 7a–7d) ist.
Verfahren (S1–S4; S1, S3–S5; S6–S9) zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung (8; 9), welches Verfahren mindestens folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen (S1; S6) mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c; 2b–2d; 12); – Aufbringen (S3; S7) einer gleichförmigen Konversionsschicht (7) auf die mindestens eine lichtemittierende Oberfläche (2, 2a–2c; 2b–2d; 12), deren Material lithographisch strukturierbar ist; – Ausmessen (S2; S5; S8) eines Ist-Farborts eines durch die jeweilige lichtemittierende Oberfläche (2, 2a–2c; 2b–2d; 12) erzeugten Lichts; und – Lithographisches Strukturieren (S4; S9) der Konversionsschicht (7) durch Freilegen zumindest eines Teils der Konversionsschicht (7) auf mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c; 2b–2d; 12) so, dass – ein Flächenanteil (Fa–Fc; F) der strukturierten Konversionsschicht (7, 7a–7c; 7b, 7c; 14; 18; 21; 24) an einer jeweiligen lichtemittierenden Oberfläche (2, 2a–2c; 2b–2d; 12) einer Verschiebung des Ist-Farborts zu einem Soll-Farbort entspricht.
Verfahren (S6–S9) nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen (S6) ein Bereitstellen mindestens einer lichtemittierenden Oberfläche (2b–2d) mindestens eines vereinzelten Halbleiterchips (6b–6d) umfasst.
Verfahren (S1–S4; S1, S3–S5) nach Anspruch 11, wobei das Bereitstellen ein Bereitstellen eines Wafers (1) mit mehreren lichtemittierenden Oberflächen (2a–2c) umfasst.