DE102013215985A1 - Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate - Google Patents

Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate Download PDF

Info

Publication number
DE102013215985A1
DE102013215985A1 DE201310215985 DE102013215985A DE102013215985A1 DE 102013215985 A1 DE102013215985 A1 DE 102013215985A1 DE 201310215985 DE201310215985 DE 201310215985 DE 102013215985 A DE102013215985 A DE 102013215985A DE 102013215985 A1 DE102013215985 A1 DE 102013215985A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phosphor substrate
ceramic phosphor
laser
ceramic
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201310215985
Other languages
English (en)
Inventor
Irene Theresia Pricha
Carsten Schuh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE201310215985 priority Critical patent/DE102013215985A1/de
Publication of DE102013215985A1 publication Critical patent/DE102013215985A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7774—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3229—Cerium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/665—Local sintering, e.g. laser sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/75—Products with a concentration gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
    • C04B2235/764—Garnet structure A3B2(CO4)3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/766—Trigonal symmetry, e.g. alpha-Si3N4 or alpha-Sialon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/767—Hexagonal symmetry, e.g. beta-Si3N4, beta-Sialon, alpha-SiC or hexa-ferrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C04B2235/775—Products showing a density-gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von, insbesondere weißes Licht emittierenden, Leuchtdioden, bei denen eine von einem Halbleiterchip (3) emittierte und ein erstes Spektrum aufweisende Strahlung ein keramisches Leuchtstoffsubstrat (1) derart anregt, dass dieses die Strahlung in ein sichtbares Licht mit einem zweiten Spektrum konvertiert, wobei ein Vorsintern (S1) des keramischen Leuchtstoffsubstrats (1) auf eine Anfangs-Sinterdichte erfolgt und anschließend mittels eines Energiestrahls ein selektives Nachsintern (S3) des keramischen Leuchtstoffsubstrats (1) auf eine End-Sinterdichte-Verteilung ausgeführt wird. Auf diese einfache Weise können optische Eigenschaften einer Leuchtdiode gezielt eingestellt werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von weißes Licht emittierenden Leuchtdioden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von, insbesondere weißes Licht emittierenden, Leuchtdioden, die konvertierende keramische Leuchtstoffsubstrate gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs enthalten sowie entsprechend hergestellte Leuchtdioden.
  • Weiße Leuchtdioden mit konvertierenden keramischen Leuchtstoffsubstraten weisen in der Regel Unterschiede in der Farbreproduktion auf. Ursache dafür ist, dass sowohl für den Halbleiterchip, als auch für das Leuchtstoffsubstrat prozessbedingt Schwankungen der Lichtemission bezüglich der Emissionswellenlänge und -Intensität auftreten, welche die integral emittierte Lichtfarbe der Diode stark beeinflussen können. Daher müssen die fertig aufgebauten Dioden, bestehend aus Halbleiterchip und konvertierendem keramischen Leuchtstoffsubstrat, einzeln bezüglich ihrer spektralen Eigenschaften spezifiziert, entsprechend klassifiziert und nach Produktspezifikation kombiniert werden.
  • Herkömmlicherweise erfolgt eine Einteilung von weißen Leuchtdioden mit den geforderten Spezifikationen im sogenannten, prozessnachgeschalteten „Binning“ gemäß der US 7256057 B2 , wobei eine Vermessung aller gefertigten Dioden und deren Klassifizierung ausgeführt werden muss.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode mit konvertierendem keramischen Leuchtstoffsubstrat, insbesondere einer weißen Leuchtdiode, insbesondere mit warm-weißem Spektrum, derart bereitzustellen, dass optische, insbesondere spektrale, Eigenschaften der Leuchtdiode entsprechend deren Anforderungen gezielt eingestellt werden können. Eine optische Eigenschaft ist beispielsweise ein integral emittiertes Lichtspektrum, welches die Lichtfarbe und Farbtemperatur der Diode festlegt. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und entsprechende Leuchtdioden gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung von sichtbares Licht, insbesondere weißes Licht, emittierenden Leuchtdioden vorgeschlagen, bei denen eine von einem Halbleiterchip emittierte und ein erstes Spektrum aufweisende Strahlung ein keramisches Leuchtstoffsubstrat derart anregt, dass dieses die Strahlung in sichtbares Licht mit einem zweiten Spektrum konvertiert und dieses emittiert. Die keramische Herstellung umfasst das Vorsintern des keramischen Leuchtstoffsubstrats auf eine Anfangs-Sinterdichte und mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines Lasers, ausgeführtes räumlich selektives Nachsintern des keramischen Leuchtstoffsubstrats auf eine End-Sinterdichte-Verteilung, wobei innerhalb der oder an den Grenzen zu den nachgesinterten Bereiche Gradienten in dem keramischen Leuchtstoffsubstrat erzeugt werden und dadurch optische Eigenschaften des keramischen Leuchtstoffsubstrats eingestellt werden.
  • Räumlich selektiv oder selektiv bedeutet insbesondere, dass lediglich Bereiche eines Leuchtstoffsubstrats, die von einem Energiestrahl oder Laserstrahl getroffen werden, nachgesintert werden und an den Grenzen zu diesen nachgesinterten Bereichen Gradienten in dem keramischen Leuchtstoffsubstrat erzeugt werden. Räumlich kann ebenso lokal oder örtlich sein.
  • Über selektive, beispielsweise Lasersinterung von vorgesinterten keramischen Konvertern für Leuchtdioden kann nachträglich eine Anpassung von Lichtdurchlässigkeit (Transluzenz), Lichtausbreitung und Lichtstreuung und damit Lichteinkopplung und Lichtauskopplung am konvertierenden keramischen Leuchtstoffsubstrat sowie eine Beeinflussung einer Koronabildung für den, insbesondere vorteilhaft auf dem Halbleiterchip verklebten keramischen Konverter erfolgen.
  • Winkelabhängige Intensitäts- und Farbschwankungen ergeben sich aufgrund wellenlängenabhängiger Beugung und Streuung des Lichtes und damit veränderter Konversionswirkung längs unterschiedlich langer Lichtpfade im Leuchtstoffsubstrat. Dadurch wird nimmt vorwiegend im Randbereich der Leuchtdiode mit Leuchtstoffsubstrat eine andere Mischung der Wellenlängenintensitäten (Farbmischung) erhalten, so dass am Lichtkegel einer Leuchtdiode optische Erscheinungen insbesondere die winkelabhängigen Intensitäts- und Farbschwankungen entstehen, die eine Korona bewirken.
  • Innerhalb der nachgesinterten Bereiche können Gradienten, insbesondere der Dicke, der Dichte und des Gefüges, des keramischen Leuchtstoffsubstrats erzeugt, und dadurch insbesondere Transmissions- und Streueigenschaften des keramischen Leuchtstoffsubstrats eingestellt werden. Ein selektives Nachsintern erfolgt insbesondere örtlich selektiv.
  • Um Leuchtdioden entsprechend ihren Anforderungen gezielt herzustellen, wird hiermit ein Verfahren vorgeschlagen, welches eine Modifizierung einer Leuchtstoffkeramik insbesondere im Verbund mit dem empfindlichen Halbleiterchip ermöglicht. Als Konverter kommen vorgesinterte Keramiken zur Anwendung. Insbesondere mittels Laserinduzierter selektiver Erhitzung werden Gradienten innerhalb des Gefüges des keramischen Leuchtstoffsubstrats erzeugt, wobei derartig erzeugte Gradienten zur Einstellung der geforderten optischen Transmissions- und Streueigenschaften genutzt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das keramische Leuchtstoffsubstrat mit einem weiteren keramischen Material beschichtet sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vor dem Nachsintern das (beschichtete) keramische Leuchtstoffsubstrat auf dem Halbleiterchip fixiert, vorteilhaft geklebt, sein. Auf diese Weise können Leuchtstoffsubstrat und Halbleiterchip insbesondere bei aktiviertem Halbleiterchip den geforderten optischen Eigenschaften angepasst werden. Ein Fixieren mittels eines Klebemittels ist einfach. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das keramische Leuchtstoffsubstrat aus mindestens einen Oxid bestehen und einen Aktivator bzw. Dopanten (in der Regel: Seltenerdionen) aufweisen, der insbesondere einen Anteil von 0–0,5 Atom-% aufweisen kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das keramische Substrat das Oxid Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) enthalten.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das keramische Substrat oder die Beschichtung mindestens ein Seltenerdmetall, insbesondere Ce und/oder Gd als Aktivator bzw. Dopant aufweisen, mit dem das Oxid dotiert sein kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das keramische Leuchtstoffsubstrat aus mindestens einem Nitrid bestehen, insbesondere entweder nitridisch oder oxynitridisch sein, und einen Aktivator bzw. Dopanten, insbesondere mit einem Anteil von 0–1 Atom-% aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Nitrid eine β-Sialonstruktur oder eine M-α-Sialon-Struktur oder eine M2Si5N8 oder (M1, M2)2Si5N8-Struktur aufweisen, wobei M ein Element aus der Gruppe der Erdalkalimetalle ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann als Aktivator oder Dopant mindestens ein Seltenerdmetall, insbesondere Eu2+, Ce3+ und/oder Gd3+, verwendet werden, mit denen das Nitrid dotiert wurde.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anfangs-Sinterdichte des keramischen Leuchtstoffsubstrats ca. 93–97% betragen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Lasern zum selektiven Nachsintern des keramischen Leuchtstoffsubstrats mittels eines CO2-Lasers, eines Nd:YAG-Lasers oder eines Faserlasers ausgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Laserwellenlänge derart eingestellt werden, dass diese innerhalb der Absorptionsbanden des keramischen Leuchtstoffsubstrats ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Positions- und Eigenschaftsprofil der Gradienten mittels einer Temperaturzone oder Fokussierung des Lasers, einer Laserleistung, einer Bestrahlungsdauer und/oder einer x-y-Modulation des Laserstrahls auf einer bestrahlten Oberfläche des keramischen Leuchtstoffsubstrats festgelegt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Temperaturzone derart für das selektive Nachsintern eingestellt werden, dass eine lokale Überhitzung des keramischen Leuchtstoffsubstrats vermieden wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das keramische Leuchtstoffsubstrat ein keramisches Konverter-Plättchen sein.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines vorgesinterten Leuchtstoffsubstrats;
  • 2 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines nachgesinterten Leuchtstoffsubstrats;
  • 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß vorgesinterten Leuchtstoffsubstrats 1. Die von einem Halbleiterchip 3 emittierte und ein erstes Spektrum aufweisende Strahlung regt das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 im Betrieb derart an, dass dieses die Strahlung in ein zweites Spektrum von insbesondere sichtbarem, insbesondere weißem, insbesondere warm-weißen Licht konvertiert und entsprechend emittiert. 1 zeigt das keramische Leuchtstoffsubstrat, wobei dieses an einer hier unten dargestellten Seite auf dem Halbleiterchip 3 befestigt werden kann. Gemäß 1 ist das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 hier ein keramisches Konverter-Plättchen mit einer homogenen oder weitgehend homogenen Dichteverteilung und einer entsprechenden eingestellten Anfangs-Sinterdichte oder Anfangs-Sinterdichteverteilung. Vorgesinterte keramische Substrate können beispielsweise aus Oxiden oder Nitriden bestehen. Oxidische Substrate sind i.d.R. transparent bis transluzent und bestehen häufig aus Yttrium-Aluminium-Granat YAG, welches beispielsweise seltenerddotiert ist. Beispielsweise eignen sich insbesondere 0–0,5 Atom-% Ce und/oder Gd oder beliebige Mischungen als Aktivator bzw. Dopant für YAG-basierte Leuchtstoffkonverter. Grundsätzlich sind ebenso andere keramische Leuchtstoffkonverter verwendbar. Nitridische Substrate sind transluzent und bestehen aus nitridischen oder oxynitridischen Strukturen. Wirtsgitter können beispielsweise sein β-Sialonstruktur, M-α-Sialon Struktur oder andere Strukturen beispielsweise M2Si5N8 sowie (M1, M2)2Si5N8. „M“ bezeichnet dabei ein Element aus der Gruppe der Erdalkalimetalle. Nitridbasierte Wirtsgitter können seltenerddotiert sein. So eignet sich besonders 0–1 Atom-% Eu2+ als Aktivator. Aber ebenso Ce3+ ist generell möglich. 1 zeigt das bereits vorgesinterte keramische Substrat 1, das typischerweise eine Sinterdichte von 93–97% aufweisen kann.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß nachgesinterten keramischen Leuchtstoffsubstrats 1. Um insbesondere die Transmissions- und Streueigenschaften des so erhaltenen Konverters einzustellen wird das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 gemäß 1 selektiv nachgesintert. Dieses erfolgt auf einfache Weise mittels einer Lasereinrichtung. Lasergestützt wird das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 gemäß 1 mittels selektiven Lasersintern, das mit SLS abgekürzt werden kann, strukturiert und weiter verdichtet. Das keramische Leuchtstoffsubstrat kann dabei vorteilhaft bereits auf dem Halbleiterchip 3 befestigt, insbesondere aufgeklebt sein.
  • Es entstehen mittels des selektiven Nachsinterns Dichte- und Gefügegradienten, die Korngrößen, Korngrenzen, Fremdphasen und weitere Parameter beeinflussen, innerhalb der thermisch behandelten Zone im keramischen Leuchtstoffsubstrat 1. Über eine derartige Graduierung kann insbesondere die Transluzenz sowie die Streuung über die Fläche und Dicke des keramischen Leuchtstoffsubstrats 1 variiert werden, sodass über Lichtdurchlässigkeit und Streuung Einfluss auf die optischen Eigenschaften des keramischen Leuchtstoffsubstrats 1 ausgeübt werden kann, das hier als ein Konverter-Plättchen ausgeführt ist. Geeignete Laser für selektives Lasersintern sind im Allgemeinen CO2-Laser, Nd:YAG-Laser oder Faserlaser. Die Laserwellenlänge sollte aber innerhalb der Absorptionsbanden für das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 liegen, da sonst keine Lasersinterung ausgeführt werden kann. Ein Positions- und Eigenschaftsprofil der Graduierung wird insbesondere festgelegt mittels de Temperaturzone des Lasers bzw. dessen Fokus, der Laserleistung, der Behandlungsdauer, die die Verweildauer des Laserstrahls auf eine Fläche ist, sowie der x-y-Modulation des Laserstrahls auf der Oberfläche. Mittels Anpassung der Temperaturzone für die Lasersinterung ist eine lokal selektive Erhitzung des Konverters möglich, sodass eine thermisch induzierte Schädigung des Halbleiterchips 3 vermieden werden kann.
  • 2 zeigt das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 nach dem selektiven Nachsintern mit einer sich ergebenden Graduierung der End-Sinterdichte-Verteilung. Dabei weist das keramische Konverter-Plättchen gemäß 2 eine heterogene Dichteverteilung auf, wobei die Dichteverteilung gemäß 1 des keramischen Leuchtstoffsubstrats vor dem Lasersintern herstellungsbedingt eher homogen ist. Gemäß 2 erfolgt das selektive Nachsintern von oben. Die Unterseite des vorgesinterten keramischen Leuchtstoffsubstrats 1 ist dem Halbleiterchip 3 zugewandt und insbesondere auf diesem befestigt beispielsweise geklebt. 2 zeigt das keramische Leuchtstoffsubstrat 1 nach der selektiven Wärmebehandlung, die grundsätzlich ebenso mit anderen herkömmlichen Energiefokussierungsverfahren ausgeführt werden kann.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit einem Schritt S1 erfolgt ein Vorsintern eines keramischen Leuchtstoffsubstrats auf eine Anfangs-Sinterdichte bzw. eine Anfangs-Sinterdichteverteilung. Vorteilhafte Anfangs-Sinterdichten liegen insbesondere in einem Bereich von 93–97%. Mit einem weiteren Schritt S2 erfolgt ein Fixieren des beschichteten keramischen Leuchtstoffsubstrats an dem Halbleiterchip. Nach dem Fixieren wird mit einem Schritt S3 mittels eines Energiestrahls, beispielsweise eines Laserstrahls, wird ein selektives Nachsintern des keramischen Leuchtstoffsubstrats auf eine End-Sinterdichte-Verteilung ausgeführt. Während dieses dritten Schrittes S3 werden zwischen den nachgesinterten und unbehandelten Bereichen Eigenschaftsgradienten des keramischen Leuchtstoffsubstrats erzeugt. Derartige Gradienten betreffen insbesondere die Dicke, die Dichte und/oder das Gefüge des keramischen Leuchtstoffsubstrats. Auf diese Weise können gezielt optische Eigenschaften des keramischen Leuchtstoffsubstrats bzw. der Leuchtdiode eingestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7256057 B2 [0003]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden zur Emission von sichtbarem Licht, insbesondere kalt- oder warm-weißem Licht, bei denen eine von einem Halbleiterchip (3) emittierte und ein erstes Spektrum aufweisende Strahlung ein keramisches Leuchtstoffsubstrat (1) derart anregt, dass dieses die Strahlung in ein zweites Spektrum aufweisendes sichtbares Licht konvertiert, und dieses emittiert; gekennzeichnet durch – Vorsintern (S1) des keramischen Leuchtstoffsubstrats auf eine Anfangs-Sinterdichte; – mittels eines Energiestrahls, insbesondere eines Lasers (5), ausgeführtes räumlich selektives Nachsintern (S3) des keramischen Leuchtstoffsubstrats auf eine End-Sinterdichte-Verteilung, wobei an den Grenzen zu den nachgesinterten Bereichen Gradienten, insbesondere der Dicke, der Dichte und/oder des Gefüges, des keramischen Leuchtstoffsubstrats erzeugt werden, und dadurch optische Eigenschaften des keramischen Leuchtstoffsubstrats eingestellt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch vor dem Nachsintern ausgeführtes Fixieren (S2), insbesondere Kleben, des beschichteten keramischen Leuchtstoffsubstrats an dem Halbleiterchip.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Leuchtstoffsubstrat aus mindestens einem Oxid besteht und einen Aktivator und/oder einen Dotierungsstoff, insbesondere mit einem Anteil von 0 bis 0,5 Atom-% aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Leuchtstoffsubstrat Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator mindestens ein Seltenerdmetall, insbesondere Ce und/oder Gd, aufweist, mit dem das Oxid dotiert wurde.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Leuchtstoffsubstrat aus mindestens einem Nitrid besteht, insbesondere entweder nitridisch oder oxy-nitridisch ist, und einen Aktivator und/oder einen Dotie-rungsstoff, insbesondere mit einem Anteil von 0 bis 1 Atom-%, aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrid eine β-Sialon-Struktur oder eine M-α-Sialon- oder eine M2Si5N8 oder (M1, M2)2Si5N8-Struktur aufweist, wobei M ein Element aus der Gruppe der Erdalkalimetalle ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator mindestens ein Seltenerdmetall, insbesondere Eu2+, Ce3+ und/oder Gd3+, aufweist, mit dem das Nitrid dotiert wurde.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangs-Sinterdichte des keramischen Leuchtstoffsubstrats circa 93 bis 97% beträgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser zum selektiven Nachsintern des keramischen Leuchtstoffsubstrats ein CO2-Laser, ein Nd:YAG-Laser oder ein Faserlaser ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserwellenlänge derart eingestellt wird, dass diese innerhalb der Hauptabsorptionsbanden des keramischen Leuchtstoffsubstrats liegt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positions- und Eigenschaftsprofil der Gradienten mittels einer Temperaturzone oder Fokussierung des Lasers, einer Laserleistung, einer Bestrahlungsdauer und/oder einer x-, y-Modulation des Laserstrahls auf einer bestrahlten Oberfläche des keramischen Leuchtstoffsubstrats festgelegt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturzone derart für das selektive Nachsintern eingestellt wird, dass eine lokale Überhitzung des keramischen Leuchtstoffsubstrats vermieden wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Leuchtstoffsubstrat ein keramisches Konverter-Plättchen ist.
  15. Leuchtdioden zum Emittieren von sichtbarem Licht, insbesondere kalt- oder warm-weißem Licht, bei denen eine von einem Halbleiterchip emittierte und ein erstes Spektrum aufweisende Strahlung ein keramisches Leuchtstoffsubstrat derart anregt, dass dieses die Strahlung in ein zweites Spektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich konvertiert, und dieses emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurden.
DE201310215985 2013-08-13 2013-08-13 Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate Withdrawn DE102013215985A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310215985 DE102013215985A1 (de) 2013-08-13 2013-08-13 Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310215985 DE102013215985A1 (de) 2013-08-13 2013-08-13 Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013215985A1 true DE102013215985A1 (de) 2015-03-12

Family

ID=52478397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310215985 Withdrawn DE102013215985A1 (de) 2013-08-13 2013-08-13 Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013215985A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109863224A (zh) * 2016-08-26 2019-06-07 地方独立行政法人神奈川县立产业技术综合研究所 氮化物荧光体粒子分散型赛隆陶瓷、荧光部件、氮化物荧光体粒子分散型赛隆陶瓷的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7256057B2 (en) 2004-09-11 2007-08-14 3M Innovative Properties Company Methods for producing phosphor based light sources
US20110062468A1 (en) * 2009-09-11 2011-03-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Phosphor-converted light emitting diode device
DE102010047476A1 (de) * 2010-10-06 2012-04-12 Schott Ag Verfahren zur konturgetreuen Herstellung von Wellenlängenkonvertern für eine auf Halbleiterlichtquellen basierende weiße oder farbige Lichtquelle
DE102012200493A1 (de) * 2012-01-13 2013-07-18 Osram Gmbh Verfahren zur herstellung eines konverterelements zur konversion von elektromagnetischer strahlung
DE102012100788A1 (de) * 2012-01-31 2013-08-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit Konverterelement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7256057B2 (en) 2004-09-11 2007-08-14 3M Innovative Properties Company Methods for producing phosphor based light sources
US20110062468A1 (en) * 2009-09-11 2011-03-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Phosphor-converted light emitting diode device
DE102010047476A1 (de) * 2010-10-06 2012-04-12 Schott Ag Verfahren zur konturgetreuen Herstellung von Wellenlängenkonvertern für eine auf Halbleiterlichtquellen basierende weiße oder farbige Lichtquelle
DE102012200493A1 (de) * 2012-01-13 2013-07-18 Osram Gmbh Verfahren zur herstellung eines konverterelements zur konversion von elektromagnetischer strahlung
DE102012100788A1 (de) * 2012-01-31 2013-08-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit Konverterelement

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109863224A (zh) * 2016-08-26 2019-06-07 地方独立行政法人神奈川县立产业技术综合研究所 氮化物荧光体粒子分散型赛隆陶瓷、荧光部件、氮化物荧光体粒子分散型赛隆陶瓷的制造方法
CN109863224B (zh) * 2016-08-26 2022-06-03 地方独立行政法人神奈川县立产业技术综合研究所 氮化物荧光体粒子分散型赛隆陶瓷及其制造方法、和荧光部件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10349038B4 (de) Lichtquelle mit einer LED und einem Lumineszenzkonversionskörper und Verfahren zum Herstellen des Lumineszenzkonversionskörpers
DE102011085645B4 (de) Leuchtdiodenmodul und Verfahren zum Betreiben eines Leuchtdiodenmoduls
DE102010009456A1 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement mit einem Halbleiterchip und einem Konversionselement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012101663B4 (de) Konversionselement, Leuchtmittel und Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements
DE112014004933T5 (de) Wellenlängenumwandlungselement, Verfahren zur Herstellung und Licht emittierender Halbleiterbauteil, welcher dasselbe aufweist
EP1644990A2 (de) Licht emittierendes bauelement mit einem lumineszenz-konversionselement
DE102011102350A1 (de) Optisches Element, optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung dieser
DE102013217319A1 (de) Beleuchtungseinrichtung
DE112011103733T5 (de) Lumineszierender keramischer Konverter und ihn enthaltende LED
WO2014056903A1 (de) Keramisches konversionselement, optoelektronisches halbleiterelement und verfahren zur herstellung eines keramischen konversionselements
DE112016003944T5 (de) Laseraktiviertes Remote-Phosphor-Ziel und -System
DE112014005423B4 (de) Lumineszenzkonversionselement und optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einem solchen Lumineszenzkonversionselement sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE102011116229A1 (de) Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Bauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
WO2013017339A1 (de) Wellenlängenkonversionskörper und verfahren zu dessen herstellung
DE102007054800A1 (de) Lumineszenzkonversionsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Lumineszenzdiodenchips mit einer derartigen Vorrichtung
DE102014117892A1 (de) Optoelektronisches Bauelement sowie optoelektronisches Bauteil
DE102013215985A1 (de) Strahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung intrinsisch graduierter Leuchtstoffsubstrate
DE102008022542A1 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2020038722A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements
DE102013215986A1 (de) Energiestrahlgestützte, selektive Sinterung zur Herstellung von Leuchtstoffsubstrat-Schichtkompositen
WO2012100868A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung
DE102013103763A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
WO2013171151A2 (de) Verfahren zur herstellung eines keramischen konversionselements, keramisches konversionselement und optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102019121515A1 (de) Lichtkonversionseinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Lichtkonversionseinrichtung
DE102015101330A1 (de) Vorrichtung zur Konversion der Wellenlänge einer elektromagnetischen Strahlung

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee