DE102013214896B4

DE102013214896B4 - Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements und eines optoelektronischen Bauelements, Konverterelement und optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102013214896B4
Application number: DE102013214896.8A
Authority: DE
Inventors: Boris Eichenberg; Herbert Brunner; Simon Jerebic
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: WO2015014875A1; JP2016532898A; JP6442504B2; US20160181483A1; CN105409014B; CN105409014A; DE102013214896A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Konverterelement (310, 1310) für ein optoelektronisches Bauelement (400, 1400) mit den folgenden Schritten:- Anordnen einer Mehrzahl von Konverterplättchen (200) auf einem Träger (100);- Ausbilden eines Formkörpers (300, 1300), wobei die Konverterplättchen (200) in den Formkörper (300, 1300) eingebettet werden, wobei Oberseiten (201) und Unterseiten (202) der Konverterplättchen (200) zumindest teilweise unbedeckt durch den Formkörper (300, 1300) bleiben;- Zerteilen des Formkörpers (300, 1300), um ein Konverterelement (310, 1310) zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß Patentanspruch 6, ein Konverterelement gemäß Patentanspruch 8 sowie ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 13.
Es ist bekannt, optoelektronische Bauelemente, beispielsweise Leuchtdioden-Bauelemente, mit Konverterelementen auszustatten, die dazu vorgesehen sind, eine Wellenlänge einer durch einen optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements emittierten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren. Hierdurch kann beispielsweise Licht aus dem blauen Spektralbereich in andersfarbiges oder weißes Licht gewandelt werden.
Aus dem Stand der Technik sind optoelektronische Bauelemente bekannt, die eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips, beispielsweise eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (LED-Chips), aufweisen. Bei solchen optoelektronischen Bauelementen kann zur Steuerung einer optischen Ausgangsleistung eine Möglichkeit vorgesehen sein, die optoelektronischen Halbleiterchips getrennt voneinander anzusteuern und einzeln ein- oder auszuschalten.
Die WO 2010/ 083 929 A1 beschreibt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit matrixartig angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Die Halbleiterchips sind auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht. Ein Konverterelement zur Konversion elektromagnetischer Strahlung ist zumindest einem Halbleiterchip nachgeordnet. Jedem Halbleiterchip ist ein Streuelement zum diffusen Streuen elektromagnetischer Strahlung nachgeordnet und steht mit dem Konverterelement in direktem Kontakt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements für ein optoelektronisches Bauelement anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konverterelement für ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Konverterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements für ein optoelektronisches Bauelement umfasst Schritte zum Anordnen einer Mehrzahl von Konverterplättchen auf einem Träger, zum Ausbilden eines Formkörpers, wobei die Konverterplättchen in den Formkörper eingebettet werden, wobei Oberseiten und Unterseiten der Konverterplättchen zumindest teilweise unbedeckt durch den Formkörper bleiben, und zum Zerteilen des Formkörpers, um ein Konverterelement zu erhalten. Vorteilhafterweise gestattet dieses Verfahren eine parallele Herstellung einer Mehrzahl von Konverterelementen in gemeinsamen Arbeitsgängen. Dadurch lassen sich niedrige Herstellungskosten pro Konverterelement erzielen. Das Verfahren ermöglicht dabei vorteilhafterweise eine Herstellung von Konverterelementen mit einer variablen Anzahl an Konverterplättchen. Die durch das Verfahren erhältlichen Konverterelemente lassen sich dadurch in unterschiedlichen optoelektronischen Bauelementen einsetzen. Da das Verfahren insbesondere die Herstellung von Konverterelementen mit mehr als einem Konverterplättchen ermöglicht, eignen sich die durch das Verfahren erhältlichen Konverterelemente zur Verwendung in optoelektronischen Bauelementen mit mehr als einem optoelektronischen Halbleiterchip. Ein weiterer Vorteil der durch das Verfahren erhältlichen Konverterelemente kann darin bestehen, dass die einzelnen Konverterplättchen eines Konverterelements durch den Formkörper optisch voneinander getrennt sind, was ein Überstrahlen von Licht zwischen den einzelnen Konverterplättchen des Konverterelements verhindern kann.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Konverterplättchen in einer regelmäßigen Anordnung auf dem Träger angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Formkörper dann besonders einfach in Konverterelemente zerteilt werden. Außerdem weisen die Konverterplättchen bei den durch das Verfahren erhältlichen Konverterelementen dann ebenfalls eine regelmäßige Anordnung auf.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Träger an einer Oberfläche Aufnahmebereiche zur Aufnahme der Konverterplättchen auf. Dabei werden die Konverterplättchen auf der Oberseite des Trägers angeordnet. Anschließend wird der Träger in Bewegung versetzt, bis zumindest einige der Konverterplättchen, bevorzugt alle, in den Aufnahmebereichen angeordnet sind. Die Aufnahmebereiche können beispielsweise als Vertiefungen an der Oberseite des Trägers ausgebildet sein und eine Größe aufweisen, die im Wesentlichen der Größe der Konverterplättchen entspricht. Der Träger kann beispielsweise in Vibrationen versetzt werden, um die Konverterplättchen in die Aufnahmebereiche zu bewegen. Vorteilhafterweise erleichtert sich dadurch die Anordnung der Konverterplättchen an der Oberseite des Trägers. Während des Ablegens der Konverterplättchen auf der Oberseite des Trägers ist keine besonders genaue Positionierung der Konverterplättchen erforderlich. Diese bewegen sich vielmehr selbstorganisierend an die für sie vorgesehenen Positionen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Formkörper durch Spritzgießen, Formpressen oder Spritzpressen ausgebildet, bevorzugt durch folienunterstütztes Spritzpressen. Vorteilhafterweise gestattet das Verfahren dadurch eine kostengünstige Massenproduktion. Die Verwendung von folienunterstütztem Spritzpressen ermöglicht es vorteilhafterweise außerdem besonders leicht, die Oberseiten und Unterseiten der Konverterplättchen zumindest teilweise unbedeckt durch den Formkörper zu belassen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Zerteilen des Formkörpers durch Sägen, Schneiden, Stanzen oder Lasertrennen. Vorteilhafterweise ist dadurch ein präzises Zerteilen des Formkörpers möglich.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Formkörper so zerteilt, dass das Konverterelement mindestens zwei Konverterplättchen umfasst. Vorteilhafterweise kann das durch das Verfahren erhältliche Konverterelement dann in einem optoelektronischen Bauelement mit mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterchips verwendet werden. Die Verwendung des durch das Verfahren erhältlichen Konverterelements ist dabei einfacher und kostengünstiger als eine Verwendung einer Mehrzahl von Konverterelementen mit jeweils nur einem Konverterplättchen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Ausbilden des Formkörpers ein weiterer Schritt durchgeführt zum Ändern einer Dicke mindestens eines in den Formkörper eingebetteten Konverterplättchens. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Farbort des Konverterplättchens des durch das Verfahren erhältlichen Konverterelements angepasst werden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Herstellen eines Konverterelements nach einem Verfahren der vorgenannten Art, zum Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips, und zum Anordnen des Konverterelements über einer Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips. Der optoelektronische Halbleiterchip kann dabei beispielsweise ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip) sein. Das Konverterelement des durch das Verfahren erhältlichen optoelektronischen Bauelements kann dazu vorgesehen sein, eine Wellenlänge einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konverterelement so hergestellt, dass es ein erstes Konverterplättchen und ein zweites Konverterplättchen aufweist. Dabei werden außerdem ein erster optoelektronischer Halbleiterchip und ein zweiter optoelektronischer Halbleiterchip bereitgestellt. Das Konverterelement wird so angeordnet, dass das erste Konverterplättchen über einer Strahlungsemissionsfläche des ersten optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist und das zweite Konverterplättchen über einer Strahlungsemissionsfläche des zweiten optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit zwei optoelektronischen Halbleiterchips. Dabei ist für beide optoelektronische Halbleiterchips gemeinsam nur ein Konverterelement erforderlich. Dadurch erfordert das Verfahren vorteilhafterweise nur einen Arbeitsgang zum Anordnen des Konverterelements über den Strahlungsemissionsflächen der optoelektronischen Halbleiterchips.
Ein Konverterelement für ein optoelektronisches Bauelement umfasst eine Mehrzahl von Konverterplättchen, die in einen gemeinsamen Formkörper eingebettet sind. Dabei sind Oberseiten und Unterseiten der Konverterplättchen zumindest teilweise nicht durch den Formkörper bedeckt. Vorteilhafterweise eignet sich dieses Konverterelement zur Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement mit mehr als einem optoelektronischen Halbleiterchip. Dabei eignet sich das Konverterelement zur Konvertierung von Wellenlängen der von mehreren optoelektronischen Halbleiterchips emittierten elektromagnetischen Strahlungen. Hierdurch ist vorteilhafterweise nicht für jeden optoelektronischen Halbleiterchip ein eigenes Konverterelement erforderlich.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weisen die Konverterplättchen wellenlängenkonvertierende Partikel auf. Die wellenlängenkonvertierenden Partikel können dabei beispielsweise einen organischen Leuchtstoff oder einen anorganischen Leuchtstoff umfassen. Die wellenlängenkonvertierenden Partikel können auch Quantenpunkte umfassen. Die wellenlängenkonvertierenden Partikel sind dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung mit einer anderen, typischerweise größeren, Wellenlänge zu emittieren.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist der Formkörper Silikon, ein Epoxidharz, einen Kunststoff, eine Keramik oder ein Metall auf. Vorteilhafterweise ist der Formkörper dadurch einfach und kostengünstig herstellbar und einfach zu bearbeiten. Außerdem kann der Formkörper dadurch vorteilhafterweise diffuse Reflexionseigenschaften aufweisen.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist der Formkörper eingebettete lichtstreuende Partikel auf, insbesondere Partikel, die TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, AlN oder SiO₂ aufweisen. Vorteilhafterweise ist der Formkörper dadurch optisch diffus reflektierend.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist der Formkörper eine Unterseite auf, die im Wesentlichen bündig mit den Unterseiten der Konverterplättchen abschließt. Vorteilhafterweise können die Unterseiten des Formkörpers und der Konverterplättchen dann eine plane Oberseite des Konverterelements bilden, wenn das Konverterelement in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt ist.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist der Formkörper eine Oberseite auf, die im Wesentlichen bündig mit den Oberseiten der Konverterplättchen abschließt. Vorteilhafterweise ist das Konverterelement dadurch besonders einfach herstellbar.
In einer anderen Ausführungsform des Konverterelements weist der Formkörper eine Oberseite auf, die über die Oberseiten der Konverterplättchen erhaben ist. Vorteilhafterweise können die erhabenen Teile des Formkörpers des Konverterelements als Anker dienen, um das Konverterelement an einem Verguss eines optoelektronischen Bauelements zu verankern.
In einer Ausführungsform des Konverterelements ist an der Oberseite oder der Unterseite mindestens eines Konverterplättchens eine Schicht eines optisch reflektierenden Materials angeordnet. Die Schicht des optisch reflektierenden Materials ist dabei bevorzugt so dünn ausgebildet, dass aus dem Konverterplättchen austretendes Licht die Schicht im Wesentlichen ungehindert durchdringen kann. Vorteilhafterweise kann die Schicht dem Konverterplättchen des Konverterelements ein annähernd weißes Aussehen verleihen.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip, der eine Strahlungsemissionsfläche aufweist, und ein Konverterelement der vorgenannten Art, das über der Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann das Konverterelement dazu dienen, eine Wellenlänge einer durch den optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements emittierten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren und dadurch beispielsweise Licht aus dem blauen Spektralbereich in weißes Licht zu wandeln.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das Konverterelement ein erstes Konverterplättchen und ein zweites Konverterplättchen auf. Dabei weist das optoelektronische Bauelement außerdem einen ersten optoelektronischen Halbleiterchip und einen zweiten optoelektronischen Halbleiterchip auf. Das Konverterelement ist so angeordnet, dass das erste Konverterplättchen über einer Strahlungsemissionsfläche des ersten optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist und das zweite Konverterplättchen über einer Strahlungsemissionsfläche des zweiten optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist bei diesem optoelektronischen Bauelement lediglich ein Konverterelement vorhanden, das für beide optoelektronischen Halbleiterchips vorgesehen ist. Vorteilhafterweise werden die beiden Konverterplättchen des Konverterelements durch den zwischen den Konverterplättchen ausgebildeten Formkörper des Konverterelements optisch voneinander getrennt, wodurch ein Überstrahlen von Licht des einen optoelektronischen Halbleiterchips in das dem anderen optoelektronischen Halbleiterchip zugeordnete Konverterplättchen vorteilhafterweise minimiert wird.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind der erste optoelektronische Halbleiterchip und der zweite optoelektronische Halbleiterchip auf einer Oberfläche eines Chipträgers angeordnet. Dabei ist zwischen dem ersten optoelektronischen Halbleiterchip und dem zweiten optoelektronischen Halbleiterchip ein Vergussmaterial auf der Oberfläche des Chipträgers angeordnet. Das Vergussmaterial kann dabei einem Schutz der optoelektronischen Halbleiterchips vor einer Beschädigung durch äußere mechanische Einflüsse dienen. Gleichzeitig kann das Vergussmaterial vorteilhafterweise zur Befestigung des Konverterelements dienen oder beitragen.
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 Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

1 eine Aufsicht auf einen Träger mit einer Mehrzahl von Konverterplättchen;
2 eine Aufsicht auf einen ersten Formkörper, in den die Konverterplättchen eingebettet wurden;
3 eine geschnittene Seitenansicht des ersten Formkörpers;
4 eine geschnittene Seitenansicht eines ersten optoelektronischen Bauelements;
5 eine geschnittene Seitenansicht eines zweiten Formkörpers; und
6 eine geschnittene Seitenansicht eines zweiten optoelektronischen Bauelements.

1 zeigt eine stark schematisierte Aufsicht auf eine Oberseite 101 eines Trägers 100 mit darauf angeordneten Konverterplättchen 200. Der Träger 100 kann auch als Substrat bezeichnet werden. Der Träger 100 kann beispielsweise als Folie ausgebildet sein oder eine Folie umfassen. Der Träger 100 kann einen Teil eines Moldwerkzeugs (Formwerkzeugs) bilden, das für ein Spritzgießen, ein Formpressen, ein Spritzpressen oder einen anderen Moldprozess (Formprozess) vorgesehen ist. Die Oberseite 101 des Trägers 100 ist bevorzugt im Wesentlichen plan ausgebildet. Im in 1 dargestellten Beispiel weist die Oberseite 101 des Trägers 100 eine Kreisscheibenform auf. Der Träger 100 und seine Oberseite 101 könnten jedoch auch eine andere geometrische Form, beispielsweise eine Rechteckform, aufweisen.
Die auf der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordneten Konverterplättchen 200 können auch als Konverterlayer bezeichnet werden. Jedes Konverterplättchen 200 weist eine Oberseite 201 und eine der Oberseite 201 gegenüberliegende Unterseite 202 auf. Im in 1 dargestellten Beispiel sind die Konverterplättchen 200 jeweils etwa quadratisch ausgebildet. Die Konverterplättchen 200 könnten jedoch auch eine andere Form aufweisen. Beispielsweise könnten die Konverterplättchen 200 rechteckig oder kreisscheibenförmig ausgebildet sein.
Jedes Konverterplättchen 200 ist dazu ausgebildet, eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren. Hierzu können die Konverterplättchen 200 elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, mit einer ersten Wellenlänge absorbieren und anschließend elektromagnetische Strahlung mit einer anderen, typischerweise größeren, Wellenlänge emittieren. Beispielsweise können die Konverterplättchen 200 ausgebildet sein, Licht mit einer Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich zumindest teilweise in Licht mit einer Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich zu konvertieren. Eine Überlagerung eines unkonvertierten Teils des blauen Lichts mit dem durch Konversion entstandenen gelben Licht kann dann beispielsweise einen weißen Farbeindruck vermitteln.
Jedes Konverterplättchen 200 weist ein Matrixmaterial mit eingebetteten wellenlängenkonvertierenden Partikeln auf. Das Matrixmaterial kann beispielsweise Glas, Silikon oder eine Keramik aufweisen. Die eingebetteten wellenlängenkonvertierenden Partikel können beispielsweise einen organischen Leuchtstoff oder einen anorganischen Leuchtstoff aufweisen. Die wellenlängenkonvertierenden Partikel können auch Quantenpunkte umfassen. Das Matrixmaterial ist bevorzugt optisch im Wesentlichen transparent. Die in das Matrixmaterial eingebetteten wellenlängenkonvertierenden Partikel sind dazu ausgebildet, eine Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung zu konvertieren.
Die Konverterplättchen 200 sind in einer bevorzugt regelmäßigen Anordnung an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet. Beispielsweise können die Konverterplättchen 200 in Form eines Rechteckgitters mit regelmäßigen Zeilen und Spalten an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet sein. Dabei sind die einzelnen Konverterplättchen 200 voneinander beabstandet. Die Konverterplättchen 200 sind derart an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet, dass die Unterseiten 202 der Konverterplättchen 200 der Oberseite 101 des Trägers 100 zugewandt sind und mit dieser in Kontakt stehen.
Die Konverterplättchen 200 können beispielsweise einzeln nacheinander an ihren jeweils vorgesehenen Positionen an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordnet worden sein. Es ist allerdings auch möglich, an der Oberseite 101 des Trägers 100 Aufnahmebereiche für die Konverterplättchen 200 auszubilden. Beispielsweise könnte an jeder für ein Konverterplättchen 200 vorgesehenen Position an der Oberseite 101 des Trägers 100 eine Vertiefung ausgebildet sein, deren Form und Größe etwa denen eines Konverterplättchens 200 entspricht. In diesem Fall ist es möglich, die Konverterplättchen 200 in einem ersten Schritt mit nur geringer Positioniergenauigkeit an der Oberseite 101 des Trägers 100 anzuordnen. Anschließend kann der Träger 100 derart in Bewegung, beispielsweise in Vibrationen, versetzt werden, dass die an der Oberseite 101 des Trägers 100 angeordneten Konverterplättchen 200 sich selbständig zu den für sie vorgesehenen Aufnahmebereichen bewegen, indem sie beispielsweise in die Vertiefungen an der Oberseite 101 des Trägers 100 rutschen.
2 zeigt eine schematisierte Aufsicht auf die Oberseite 101 des Trägers 100 in einem der Darstellung der 1 zeitlich nachfolgenden Bearbeitungsstand. An der Oberseite 101 des Trägers 100 ist ein erster Formkörper 300 ausgebildet worden. Dabei sind die Konverterplättchen 200 in den ersten Formkörper 300 eingebettet worden. 3 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht des Trägers 100 mit dem über der Oberseite 101 ausgebildeten ersten Formkörper 300 und den darin eingebetteten Konverterplättchen 200.
Die Konverterplättchen 200 sind derart in den ersten Formkörper 300 eingebettet worden, dass die Oberseiten 201 und die Unterseiten 202 der Konverterplättchen 200 im Wesentlichen nicht durch das Material des ersten Formkörpers 300 bedeckt sind. Der erste Formkörper 300 weist eine plane Oberseite 301 und eine der planen Oberseite 301 gegenüberliegende Unterseite 302 auf. Die Oberseiten 201 der Konverterplättchen 200 schließen im Wesentlichen bündig mit der planen Oberseite 301 des ersten Formkörpers 300 ab. Die Unterseiten 202 der Konverterplättchen 200 schließen im Wesentlichen bündig mit der Unterseite 302 des ersten Formkörpers 300 ab. Die Unterseite 302 des ersten Formkörpers 300 ist der Oberseite 101 des Trägers 100 zugewandt.
Der erste Formkörper 300 kann beispielsweise durch Spritzgie-ßen, Formpressen, Spritzpressen oder durch einen anderen Moldprozess (Formprozess) ausgebildet worden sein. Bevorzugt wurde der erste Formkörper 300 durch folienunterstütztes Spritzpressen ausgebildet. Der Träger 100 bildet bevorzugt einen Teil eines zur Herstellung des ersten Formkörpers 300 verwendeten Moldwerkzeugs (Formwerkzeugs).
Der erste Formkörper 300 kann beispielsweise einen Kunststoff, ein Silikon oder ein Epoxidharz aufweisen. Der erste Formkörper könnte aber auch eine Keramik oder ein Metall aufweisen. Bevorzugt weist der erste Formkörper 300 ein diffus reflektierendes Material auf. Hierzu kann das Material des ersten Formkörpers 300 beispielsweise mit einem diffus reflektierenden Füllstoff gefüllt sein, etwa mit einem Füllstoff, der lichtstreuende Partikel aufweist, insbesondere Partikel die TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, AlN oder SiO₂ aufweisen.
In der Aufsicht der 2 weist der erste Formkörper 300 eine rechteckige Form auf. Es ist jedoch auch möglich, den ersten Formkörper 300 mit anderer Form auszubilden.
Die Konverterplättchen 200 sind in bevorzugt regelmäßiger Anordnung in den ersten Formkörper 300 eingebettet. Der erste Formkörper 300 füllt dabei die Zwischenräume zwischen den einzelnen Konverterplättchen 200 und bildet einen Rand, der sich um die Anordnung der Konverterplättchen 200 erstreckt. Dadurch sind bei allen Konverterplättchen 200 alle Seitenflächen außer der Oberseite 201 und der Unterseite 202 im Wesentlichen durch das Material des ersten Formkörpers 300 bedeckt. Der erste Formkörper 300 mit den eingebetteten Konverterplättchen 200 bildet eine mechanisch stabile Anordnung.
Die Anzahl der in den ersten Formkörper 300 eingebetteten Konverterplättchen 200 kann beliebig gewählt werden und wesentlich höher sein als in der beispielhaften Darstellung der 2.
Im in 2 und 3 dargestellten Bearbeitungsstand des ersten Formkörpers 300 mit den eingebetteten Konverterplättchen 200 kann eine weitere Bearbeitung des ersten Formkörpers 300 und/oder der eingebetteten Konverterplättchen 200 erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, bei einem oder mehreren der eingebetteten Konverterplättchen 200 eine zwischen der Oberseite 201 und der Unterseite 202 des jeweiligen Konverterplättchens 200 bemessene Dicke 203 zu ändern. Beispielsweise kann bei einem oder mehreren Konverterplättchen 200 eine Reduktion der Dicke 203 erfolgen. Dies ermöglicht eine Beeinflussung eines mit dem jeweiligen Konverterplättchen 200 erreichbaren Farborts.
Ausgehend vom in 2 und 3 dargestellten Bearbeitungsstand können eine oder mehrere funktionale Schichten auf die Konverterplättchen 200 aufgebracht werden. Ein Aufbringen zusätzlicher funktionaler Schichten auf die Konverterplättchen 200 wäre auch bereits vor oder während des Einbettens der Konverterplättchen 200 in den ersten Formkörper 300 möglich. Zusätzliche funktionale Schichten können wahlweise auf die Oberseiten 201 und/oder (nach dem Entfernen des Trägers 100) die Unterseiten 202 der Konverterplättchen 200 aufgebracht werden. Beispielsweise kann auf die Oberseiten 201 oder die Unterseiten 202 der Konverterplättchen 200 eine dünne Schicht eines weißen Materials aufgebracht werden, die dazu dient, einen bei Beleuchtung der Konverterplättchen 200 mit Umgebungslicht entstehenden Farbeindruck der Konverterplättchen 200 zu kaschieren. Bevorzugt wird diese dünne Schicht weißen Materials auf jene Seite 201, 202 der Konverterplättchen 200 aufgebracht, die in einem das jeweilige Konverterplättchen 200 umfassenden optoelektronischen Bauelement von einer Oberfläche eines optoelektronischen Halbleiterchips abgewandt ist. In den nachfolgenden Beispielen sind dies die Unterseiten 202 der Konverterplättchen 200.
Der erste Formkörper 300 mit den eingebetteten Konverterplättchen 200 kann in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt zerteilt werden, um eine Mehrzahl von Konverterelementen zu erhalten. Die durch Zerteilen des ersten Formkörpers 300 erhältlichen Konverterelemente können jeweils eine beliebige Anzahl an Konverterplättchen 200 in beliebiger Anordnung umfassen. Beispielsweise ist durch Trennen des ersten Formkörpers 300 an in 2 und 3 skizzierten Trennbereichen 303 ein erstes Konverterelement 310 erhältlich, das ein erstes Konverterplättchen 210, ein zweites Konverterplättchen 220 und ein drittes Konverterplättchen 230 der in den ersten Formkörper 300 eingebetteten Konverterplättchen 200 umfasst. Die drei Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 sind dabei in einer Zeile angeordnet. Aus dem ersten Formkörper 300 können jedoch auch Konverterelemente gebildet werden, bei denen Konverterplättchen 200 in mehr als einer Zeile angeordnet sind.
4 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines ersten optoelektronischen Bauelements 400. Das erste optoelektronische Bauelement 400 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement sein.
Das erste optoelektronische Bauelement 400 umfasst einen Chipträger 410 mit einer Oberseite 411. Der Chipträger 410 kann auch als Substrat bezeichnet werden. Die Oberseite 411 des Chipträgers 410 ist im Wesentlichen eben ausgebildet.
An der Oberseite 411 des Chipträgers 410 ist ein Rahmen 420 angeordnet, der eine Kavität 421 umschließt. Die Kavität 421 wird durch einen durch den Rahmen 420 seitlich umgrenzten Bereich an der Oberseite 411 des Chipträgers 410 gebildet. Der Rahmen 420 kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial aufweisen und beispielsweise durch einen Moldprozess (Formprozess) an der Oberseite 411 des Chipträgers 410 ausgebildet worden sein.
Im Bereich der Kavität 421 ist eine Mehrzahl optoelektronischer Halbleiterchips 500 an der Oberseite 411 des Chipträgers 410 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 angeordnet. Im in 4 dargestellten Beispiel sind ein erster optoelektronischer Halbleiterchip 510, ein zweiter optoelektronischer Halbleiterchip 520 und ein dritter optoelektronischer Halbleiterchip 530 in einer Reihe nebeneinander in der Kavität 421 an der Oberseite 411 des Chipträgers 410 angeordnet. Bei den optoelektronischen Halbleiterchips 500 kann es sich beispielsweise um Leuchtdiodenchips (LED-Chips) handeln.
Jeder optoelektronische Halbleiterchip 500 weist eine Strahlungsemissionsfläche 501 und eine der Strahlungsemissionsfläche 501 gegenüberliegende Unterseite 502 auf. Die Unterseiten 502 der optoelektronischen Halbleiterchips 500 sind der Oberseite 411 des Chipträgers 410 zugewandt. Die optoelektronischen Halbleiterchips 500 sind dazu ausgebildet, an ihren Strahlungsemissionsflächen 501 elektromagnetische Strahlung zu emittieren. An den Unterseiten 502 der optoelektronischen Halbleiterchips 500 können elektrische Kontakte der optoelektronischen Halbleiterchips 500 angeordnet sein, die dazu dienen, elektrische Spannungen an die optoelektronischen Halbleiterchips 500 anzulegen. Die optoelektronischen Halbleiterchips 500 können beispielsweise als Flipchips ausgebildet sein.
Das erste optoelektronische Bauelement 400 umfasst außerdem das erste Konverterelement 310, das aus einem Teil des ersten Formkörpers 300 gebildet ist. Das erste Konverterelement 310 ist derart über den optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 angeordnet, dass das erste Konverterplättchen 210 des ersten Konverterelements 310 über der Strahlungsemissionsfläche 501 des ersten optoelektronischen Halbleiterchips 510 angeordnet ist, das zweite Konverterplättchen 220 des ersten Konverterelements 310 über der Strahlungsemissionsfläche 501 des zweiten optoelektronischen Halbleiterchips 520 angeordnet ist und das dritte Konverterplättchen 230 des ersten Konverterelements 310 über der Strahlungsemissionsfläche 501 des dritten optoelektronischen Halbleiterchips 530 angeordnet ist. Bevorzugt entsprechen Form und Größe der Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 denen der Strahlungsemissionsflächen 501 der jeweils zugeordneten optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Das erste Konverterelement 310 ist derart über den optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 angeordnet, dass die Oberseiten 201 der Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 den Strahlungsemissionsflächen 501 der optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 zugewandt sind. Die Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 können beispielsweise mittels einer Klebeverbindung mit den Strahlungsemissionsflächen 501 der optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 verbunden sein.
In einem die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 umgebenden Bereich der Kavität 421 ist ein Verguss 430 angeordnet. Die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 sind in den Verguss 430 eingebettet. Bevorzugt erstreckt sich der Verguss 430 von der Oberseite 411 des Chipträgers 410 bis zum ersten Konverterelement 310. Bevorzugt ist die Kavität 421 im Wesentlichen vollständig durch den Verguss 430 gefüllt.
Durch den Verguss 430 werden die Komponenten des ersten optoelektronischen Bauelements 400 mechanisch fixiert und vor einer Beschädigung durch äußere mechanische Einflüsse geschützt. Außerdem kann der Verguss 430 als optischer Reflektor des ersten optoelektronischen Bauelements 400 dienen. In diesem Fall weist der Verguss 430 bevorzugt ein optisch reflektierendes Material auf. Der Verguss 430 kann beispielsweise Silikon aufweisen, das mit einem optisch reflektierenden Füllstoff gefüllt ist.
Die Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 sind dazu vorgesehen, Wellenlängen von durch die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 emittierter elektromagnetischer Strahlung zu konvertieren. Die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 können beispielsweise ausgebildet sein, an ihren Strahlungsemissionsflächen 501 elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich zu emittieren. Die Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 können ausgebildet sein, die durch die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 emittierten elektromagnetischen Strahlungen in weißes Licht zu konvertieren. Die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 könnten auch unterschiedlich ausgebildet sein, um elektromagnetische Strahlungen jeweils unterschiedlicher Wellenlängen zu emittieren. Alternativ oder zusätzlich könnten die Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 unterschiedlich ausgebildet sein, um Licht unterschiedlicher Lichtfarben zu erzeugen.
Das erste optoelektronische Bauelement 400 kann so ausgebildet sein, dass die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 getrennt voneinander ansteuerbar sind. Durch die zwischen den Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 befindlichen Abschnitte des ersten Formkörpers 300 wird bei dem ersten optoelektronischen Bauelement 400 verhindert, dass von einem der optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 emittierte elektromagnetische Strahlung in eines der einem anderen optoelektronischen Halbleiterchip 510, 520, 530 zugeordnetes Konverterplättchen 210, 220, 230 des ersten Konverterelements 310 gelangt. Die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 und die ihnen zugeordneten Konverterplättchen 210, 220, 230 sind bei dem ersten optoelektronischen Bauelement 400 somit vorteilhafterweise optisch voneinander getrennt.
Das erste optoelektronische Bauelement 400 könnte eine andere Anzahl an optoelektronischen Halbleiterchips 500 umfassen. Die optoelektronischen Halbleiterchips 500 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 könnten auch in mehr als einer Reihe angeordnet sein. In diesem Fall sollte das erste Konverterelement 310 des ersten optoelektronischen Bauelements 400 eine entsprechende Anzahl an Konverterplättchen 200 in entsprechender Anordnung aufweisen.
5 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten Formkörpers 1300. Der zweite Formkörper 1300 weist Übereinstimmungen mit dem in 2 und 3 gezeigten ersten Formkörper 300 auf. Übereinstimmende Komponenten sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht erneut detailliert beschrieben. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zwischen dem ersten Formkörper 300 und dem zweiten Formkörper 1300 erläutert.
Der zweite Formkörper 1300 weist eine Mehrzahl eingebetteter Konverterplättchen 200 auf und wurde nach einem zur Herstellung des ersten Formkörpers 300 analogen Verfahren hergestellt. Allerdings weist der zweite Formkörper 1300 eine konvexe Oberseite 1301 auf, die sich in den Bereichen zwischen den einzelnen eingebetteten Konverterplättchen 200 über die Oberseiten 201 der Konverterplättchen 200 erstreckt. Die sich über die Oberseiten 201 der Konverterplättchen 200 erstreckenden Teile der konvexen Oberseite 1301 des zweiten Formkörpers 1300 können einen abgerundeten, einen eckigen, einen spitzen oder einen anderen Querschnitt aufweisen.
Der zweite Formkörper 1300 kann zerteilt werden, um eine Mehrzahl von Konverterelementen mit jeweils einer beliebigen Anzahl eingebetteter Konverterplättchen 200 zu erhalten. Beispielsweise kann durch Zerteilen des zweiten Formkörpers 1300 ein zweites Konverterelement 1310 erhalten werden, das ein erstes Konverterplättchen 210, ein zweites Konverterplättchen 220 und ein drittes Konverterplättchen 230 aufweist, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.
6 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines zweiten optoelektronischen Bauelements 1400. Das zweite optoelektronische Bauelement 1400 weist Übereinstimmungen mit dem ersten optoelektronischen Bauelement 400 der 4 auf. Übereinstimmende Komponenten sind in 4 und 6 mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht erneut detailliert beschrieben. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zwischen dem ersten optoelektronischen Bauelement 400 und dem zweiten optoelektronischen Bauelement 1400 erläutert.
Das zweite optoelektronische Bauelement 1400 weist anstelle des ersten Konverterelements 310 das zweite Konverterelement 1310 auf. Das zweite Konverterelement 1310 ist so über den optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des zweiten optoelektronischen Bauelements 1400 angeordnet, dass die konvexe Oberseite 1301 der sich über die Oberseiten 201 der Konverterplättchen 200 erstreckenden Teile des zweiten Formkörpers 1300 des zweiten Konverterelements 1310 dem Verguss 430 des zweiten optoelektronischen Bauelements 1400 zugewandt sind. Die konvexen Abschnitte der sich über die Oberseiten 201 der Konverterplättchen 200 erstreckenden Teile des zweiten Formkörpers 1300 des zweiten Konverterelements 1310 erstrecken sich dabei zumindest teilweise zwischen die optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des zweiten optoelektronischen Bauelements 1400. Dadurch bildet die konvexe Oberseite 1301 des zweiten Formkörpers 1300 des zweiten Konverterelements 1310 eine Verankerung, durch die das zweite Konverterelement 1310 besonders zuverlässig von dem Verguss 430 des zweiten optoelektronischen Bauelements 1400 gehalten wird. Die konvexe Oberseite 1301 des zweiten Konverterelements 1310 kann auch eine Positionierung des zweiten Konverterelements 1310 über den Strahlungsemissionsflächen 501 der optoelektronischen Halbleiterchips 510, 520, 530 des zweiten optoelektronischen Bauelements 1400 erleichtern.
Bezugszeichenliste

100: Träger
101: Oberseite
200: Konverterplättchen
201: Oberseite
202: Unterseite
203: Dicke
210: erstes Konverterplättchen
220: zweites Konverterplättchen
230: drittes Konverterplättchen
300: erster Formkörper
301: plane Oberseite
302: Unterseite
303: Trennbereich
310: erstes Konverterelement
400: erstes optoelektronisches Bauelement
410: Chipträger
411: Oberseite
420: Rahmen
421: Kavität
430: Verguss
500: optoelektronischer Halbleiterchip
501: Strahlungsemissionsfläche
502: Unterseite
510: erster optoelektronischer Halbleiterchip
520: zweiter optoelektronischer Halbleiterchip
530: dritter optoelektronischer Halbleiterchip
1300: zweiter Formkörper
1301: konvexe Oberseite
1310: zweites Konverterelement
1400: zweites optoelektronisches Bauelement

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Konverterelement (310, 1310) für ein optoelektronisches Bauelement (400, 1400) mit den folgenden Schritten: - Anordnen einer Mehrzahl von Konverterplättchen (200) auf einem Träger (100); - Ausbilden eines Formkörpers (300, 1300), wobei die Konverterplättchen (200) in den Formkörper (300, 1300) eingebettet werden, wobei Oberseiten (201) und Unterseiten (202) der Konverterplättchen (200) zumindest teilweise unbedeckt durch den Formkörper (300, 1300) bleiben; - Zerteilen des Formkörpers (300, 1300), um ein Konverterelement (310, 1310) zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger (100) an einer Oberseite (101) Aufnahmebereiche zur Aufnahme der Konverterplättchen (200) aufweist, wobei die Konverterplättchen (200) auf der Oberseite (101) des Trägers (100) angeordnet werden, wobei der Träger (100) in Bewegung versetzt wird, bis zumindest einige der Konverterplättchen (200) in den Aufnahmebereichen angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (300, 1300) durch Spritzgießen, Formpressen oder Spritzpressen, bevorzugt durch folienunterstütztes Spritzpressen, ausgebildet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formkörper (300, 1300) so zerteilt wird, dass das Konverterelement (310, 1310) mindestens zwei Konverterplättchen (200) umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Ausbilden des Formkörpers (300, 1300) der folgende weitere Schritt durchgeführt wird: - Ändern einer Dicke (203) mindestens eines in den Formkörper (300, 1300) eingebetteten Konverterplättchens (200) .
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (400, 1400) mit den folgenden Schritten: - Herstellen eines Konverterelements (310, 1310) nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; - Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips (500) ; - Anordnen des Konverterelements (310, 1310) über einer Strahlungsemissionsfläche (501) des optoelektronischen Halbleiterchips (500).
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Konverterelement (310, 1310) so hergestellt wird, dass es ein erstes Konverterplättchen (200, 210) und ein zweites Konverterplättchen (200, 220) aufweist, wobei ein erster optoelektronischer Halbleiterchip (500, 510) und ein zweiter optoelektronischer Halbleiterchip (500, 520) bereitgestellt werden, wobei das Konverterelement (310, 1310) so angeordnet wird, dass das erste Konverterplättchen (200, 210) über einer Strahlungsemissionsfläche (501) des ersten optoelektronischen Halbleiterchips (500, 510) angeordnet ist und das zweite Konverterplättchen (200, 220) über einer Strahlungsemissionsfläche (501) des zweiten optoelektronischen Halbleiterchips (500, 520) angeordnet ist.
Konverterelement (310, 1310) für ein optoelektronisches Bauelement (400, 1400) mit einer Mehrzahl von Konverterplättchen (200), die in einen gemeinsamen Formkörper (300, 1300) eingebettet sind, wobei Oberseiten (201) und Unterseiten (202) der Konverterplättchen (200) zumindest teilweise nicht durch den Formkörper (300, 1300) bedeckt sind.
Konverterelement (310, 1310) gemäß Anspruch 8, wobei die Konverterplättchen (200) wellenlängenkonvertierende Partikel aufweisen.
Konverterelement (310, 1310) gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, wobei der Formkörper (300, 1300) eingebettete lichtstreuende Partikel aufweist, insbesondere Partikel, die TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, AlN oder SiO₂ aufweisen.
Konverterelement (1310) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Formkörper (1300) eine Oberseite (1301) aufweist, die über die Oberseiten (201) der Konverterplättchen (200) erhaben ist.
Konverterelement (310, 1310) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei an der Oberseite (201) oder der Unterseite (202) mindestens eines Konverterplättchens (200) eine Schicht eines optisch reflektierenden Materials angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (400, 1400) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (500), der eine Strahlungsemissionsfläche (501) aufweist, und mit einem Konverterelement (310, 1310) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, das über der Strahlungsemissionsfläche (601) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (400, 1400) gemäß Anspruch 13, wobei das Konverterelement (310, 1310) ein erstes Konverterplättchen (200, 210) und ein zweites Konverterplättchen (200, 220) aufweist, wobei das optoelektronische Bauelement (400, 1400) einen ersten optoelektronischen Halbleiterchip (500, 510) und einen zweiten optoelektronischen Halbleiterchip (500, 520) aufweist, wobei das Konverterelement (310, 1310) so angeordnet ist, dass das erste Konverterplättchen (200, 210) über einer Strahlungsemissionsfläche (501) des ersten optoelektronischen Halbleiterchips (500, 510) angeordnet ist und das zweite Konverterplättchen (200, 220) über einer Strahlungsemissionsfläche (501) des zweiten optoelektronischen Halbleiterchips (500, 520) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (400, 1400) gemäß Anspruch 14, wobei der erste optoelektronische Halbleiterchip (500, 510) und der zweite optoelektronische Halbleiterchip (500, 520) auf einer Oberfläche (411) eines Chipträgers (410) angeordnet sind, wobei zwischen dem ersten optoelektronischen Halbleiterchip (500, 510) und dem zweiten optoelektronischen Halbleiterchip (500, 520) ein Vergussmaterial (430) auf der Oberfläche (411) des Chipträgers (410) angeordnet ist.