DE102013217856A1 - Separation of particles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln. Bei dem Verfahren wird eine Partikel aufweisende Suspension bereitgestellt. Es wird ein Substrat in der Suspension angeordnet. Es wird eine stehende akustische Welle in der Suspension erzeugt, um Partikel in einem Verdichtungsbereich zu akkumulieren. Des Weiteren erfolgt ein elektrophoretisches Abscheiden von Partikeln auf dem Substrat, wobei Partikel des Verdichtungsbereichs auf dem Substrat abgeschieden werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for separating particles. In the method, a particle-containing suspension is provided. A substrate is placed in the suspension. A standing acoustic wave is created in the suspension to accumulate particles in a compression area. Furthermore, an electrophoretic deposition of particles takes place on the substrate, wherein particles of the compression region are deposited on the substrate. The invention further relates to an apparatus for carrying out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. The invention relates to a method for separating particles. The invention further relates to an apparatus for carrying out such a method.
Ein optoelektronisches Bauelement kann einen optoelektronischen Halbleiterchip zum Erzeugen einer elektromagnetischen Strahlung und ein Konversionselement (auch Konverter oder Konversionsschicht genannt) zur Strahlungskonversion aufweisen. Das Konversionselement weist ein oder mehrere Konversionsmaterialien (auch als Leuchtstoff bezeichnet) auf und ist oberhalb im Lichtweg des Halbleiterchips angeordnet. Der Halbleiterchip kann ein Leuchtdioden- bzw. LED-Chip (Light Emitting Diode) sein, welcher eine schmalbandige blaue Lichtstrahlung emittiert. Das dazugehörige Konversionselement kann ausgebildet sein, Anteile des blauen Lichts in eine oder mehrere Lichtstrahlungen im grünen bis roten Spektralbereich zu konvertieren. Durch additive Mischung kann auf diese Weise eine weiße oder andersfarbige Lichtstrahlung erzeugt werden. An optoelectronic component may have an optoelectronic semiconductor chip for generating an electromagnetic radiation and a conversion element (also called a converter or conversion layer) for radiation conversion. The conversion element has one or more conversion materials (also referred to as phosphor) and is arranged above in the light path of the semiconductor chip. The semiconductor chip may be a light-emitting diode or LED chip (Light Emitting Diode), which emits a narrow-band blue light radiation. The associated conversion element can be configured to convert portions of the blue light into one or more light radiations in the green to red spectral range. By additive mixture, a white or other colored light radiation can be generated in this way.
Die elektrophoretische Abscheidung (EPD, Electrophoretic Deposition) ist ein mögliches Verfahren, um eine Leuchtstoffschicht auf einem Halbleiterchip auszubilden. Hierbei wird ein Substrat in eine Suspension mit Leuchtstoffpartikeln eingebracht. Das Substrat, welches für die Abscheidung elektrisch kontaktiert ist, kann zum Beispiel ein Träger mit hierauf angeordneten Halbleiterchips sein. Die Leuchtstoffpartikel tragen Oberflächenladungen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung und dadurch Erzeugen eines elektrischen Feldes bewegen sich die Partikel in Richtung des Substrats und scheiden sich als Leuchtstoffschicht ab. Die Abscheidung, bei welcher sich das Substrat in einer vertikalen Ausrichtung befindet, kann auf allen elektrisch leitenden Teilen des Substrats stattfinden. Electrophoretic deposition (EPD) is one possible method for forming a phosphor layer on a semiconductor chip. In this case, a substrate is introduced into a suspension with phosphor particles. The substrate, which is electrically contacted for the deposition, may for example be a carrier with semiconductor chips arranged thereon. The phosphor particles carry surface charges. By applying an electrical voltage and thereby generating an electric field, the particles move in the direction of the substrate and deposit as a phosphor layer. The deposition, in which the substrate is in a vertical orientation, can take place on all electrically conductive parts of the substrate.
Zusätzlich zur Bewegung im elektrischen Feld unterliegen die Partikel einer gravitationsbedingten Sedimentation. Bei typischen Partikelgrößen im Bereich von 2 bis 30µm kann eine signifikante Sedimentation vorliegen. Hierdurch kann, insbesondere bei einem Gemisch unterschiedlicher Leuchtstoffe, eine inhomogene Abscheidung auftreten. Denn unterschiedliche Dichten oder Partikelgrößen können zu unterschiedlichen Sedimentationsgeschwindigkeiten führen. Ein schneller sedimentierender Leuchtstoff reichert sich im unteren Bereich des Suspensionsvolumens an, wohingegen im oberen Bereich eine Verarmung auftritt. Bei einem unter solchen Bedingungen beschichteten Substrat, mit einer Größe von zum Beispiel 4’’, können Bauteile im unteren Substratbereich ein anderes Leuchtstoffverhältnis aufweisen als im oberen Substratbereich. In addition to movement in the electric field, the particles are subject to gravitational sedimentation. For typical particle sizes in the range of 2 to 30 μm, significant sedimentation may be present. As a result, inhomogeneous separation can occur, in particular in the case of a mixture of different phosphors. Because different densities or particle sizes can lead to different Sedimentationsgeschwindigkeiten. A faster sedimenting phosphor accumulates in the lower part of the suspension volume, whereas a depletion occurs in the upper part. In a substrate coated under such conditions, for example 4 "in size, components in the lower substrate region may have a different phosphor ratio than in the upper substrate region.
Zur Vermeidung dieses Problems kann mit Hilfe eines Rührers eine turbulente Strömung, und dadurch eine gleichmäßige Verteilung von unterschiedlich schnell sedimentierenden Partikeln in dem Suspensionsvolumen erzeugt werden. Insbesondere große Partikel können durch den Energieeintrag des Rührers jedoch einen so großen Impuls besitzen, dass es zum Abrieb von bereits abgeschiedenen Partikeln kommen kann. Je größer der Bereich sein soll, in welchem eine turbulente Strömung und dadurch homogene Partikelverteilung vorliegen soll, desto höher muss jedoch der Energieeintrag durch den Rührer sein. To avoid this problem, a turbulent flow can be generated with the aid of a stirrer, and thus a uniform distribution of particles of different sedimentation speed in the suspension volume. However, large particles in particular can have such a large impulse through the energy input of the stirrer that abrasion of already deposited particles can occur. The larger the area should be, in which a turbulent flow and thus homogeneous particle distribution should be present, but the higher the energy input must be by the stirrer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Partikelabscheidung anzugeben. The object of the present invention is to provide a solution for improved particle separation.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is solved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird eine Partikel aufweisende Suspension bereitgestellt. Es wird ein Substrat in der Suspension angeordnet. Es wird eine stehende akustische Welle in der Suspension erzeugt, um Partikel in einem Verdichtungsbereich zu akkumulieren. Des Weiteren erfolgt ein elektrophoretisches Abscheiden von Partikeln auf dem Substrat, wobei Partikel des Verdichtungsbereichs auf dem Substrat abgeschieden werden. According to one aspect of the invention, a method of depositing particles is proposed. In the method, a particle-containing suspension is provided. A substrate is placed in the suspension. A standing acoustic wave is created in the suspension to accumulate particles in a compression area. Furthermore, an electrophoretic deposition of particles takes place on the substrate, wherein particles of the compression region are deposited on the substrate.
Durch eine stehende akustische Welle kann eine Akkumulation von Partikeln in der Suspension bewirkt werden. Hierbei können sich die Partikel aufgrund einer reibungsbestimmten Bewegung bzw. Driftbewegung an Schwingungsknoten der Welle ansammeln. Die Wellenknoten stellen somit Verdichtungsbereiche dar, in welchen sich eine hohe Partikelkonzentration ausbilden kann. Die Verdichtungsbereiche können jeweils ebenenförmig sein (Knotenebene). Bei dem Verfahren wird ein Verdichtungsbereich genutzt, um in diesem Bereich angehäufte Partikel in einem elektrophoretischen Prozess auf das Substrat abzuscheiden. A standing acoustic wave can cause an accumulation of particles in the suspension. In this case, the particles can accumulate due to a friction-determined movement or drift movement at nodes of the shaft. The wave nodes thus represent compression areas in which a high particle concentration can form. The compression areas can each be plane-shaped (nodal plane). In the method, a compression area is used to deposit accumulated particles in this area onto the substrate in an electrophoretic process.
Die bei dem Verfahren angewendete Kombination aus einer Partikelverdichtung mit Hilfe einer stehenden Schallwelle und einer elektrophoretischen Abscheidung bietet eine Reihe von Vorteilen. Durch das Verdichten kann es lokal zu einer hohen Konzentration von Partikeln kommen. Die akkumulierten Partikel können, im Vergleich zu Partikeln in einer turbulenten Strömung, einen relativ geringen Impuls aufweisen. Auf diese Weise kann es bei dem elektrophoretischen Abscheiden nicht oder nur wenig zum Abrieb von bereits abgeschiedenen Partikeln kommen. Dies verbessert die Homogenität der Abscheidung, selbst bei einem relativ großen zu beschichtenden Substrat. Auch können relativ große Partikel problemlos abgeschieden werden, da sie am Ort der Abscheidung eine Momentangeschwindigkeit nahe Null besitzen können. The combination of particulate densification using a standing acoustic wave and electrophoretic deposition used in the process offers a number of advantages. Compressing can lead to a high concentration of particles locally. The accumulated particles may have a relatively low momentum compared to particles in a turbulent flow. In this way, in the case of electrophoretic deposition, there is little or no abrasion of already deposited particles come. This improves the homogeneity of the deposition, even with a relatively large substrate to be coated. Also, relatively large particles can be easily deposited, since they can have a momentary velocity near zero at the point of deposition.
Die lokale Erhöhung der Konzentration von Partikeln an Wellenknoten der akustischen Welle macht es des Weiteren möglich, das Verfahren mit einer geringen bzw. geringeren Gesamtkonzentration von Partikeln in der Suspension durchzuführen. Hiermit verbunden ist eine Kostenersparnis. The local increase in the concentration of particles at wave nodes of the acoustic wave also makes it possible to carry out the process with a low or lower total concentration of particles in the suspension. This is associated with a cost savings.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Verdichten in einer relativ kleinen Zeitdauer erfolgen kann. Die hohe lokale Konzentration von Partikeln ermöglicht des Weiteren eine beschleunigte Abscheidung. Daher kann eine während das Verdichtens und Abscheidens stattfindende Sedimentation von Partikeln relativ klein, und dadurch vernachlässigbar sein. Dies ist ein weiterer Grund für eine mit dem Verfahren erzielbare hohe Homogenität der Abscheidung. Another advantage is that compacting can be done in a relatively short period of time. The high local concentration of particles further allows for accelerated deposition. Therefore, sedimentation of particles during compacting and deposition may be relatively small, and thereby negligible. This is another reason for the high homogeneity of the deposition which can be achieved with the method.
Ein weiterer Vorteil ist eine hohe Reproduzierbarkeit der Abscheidung. Bei einer gegebenen Frequenz der stehenden Welle kann die Zeitdauer, innerhalb derer Partikel auf eine entsprechende Driftgeschwindigkeit beschleunigt werden (Relaxationszeit), proportional zum Produkt aus der Partikeldichte und dem Quadrat der Partikelgröße sein. Bei Vorliegen von Partikeln unterschiedlicher Größe können sich daher zu Beginn des Akkumulierens insbesondere kleine Partikel mit ähnlicher Partikelgröße in den Wellenknoten ansammeln, wohingegen größere Partikel eine längere Zeitdauer benötigen können. Sofern eine entsprechende Zeitdauer angesetzt bzw. abgewartet wird, innerhalb derer eine ausreichende Anhäufung sämtlicher unterschiedlicher Partikel erfolgen kann, bevor die elektrophoretische Abscheidung durchgeführt wird, kann eine hohe Homogenität der Abscheidung und ein Fertigungsergebnis mit hoher Reproduzierbarkeit erzielt werden. Die Fertigungsgenauigkeit kann auf diese Weise weniger von der Spezifikation des abzuscheidenden Materials abhängig sein. Another advantage is a high reproducibility of the deposition. For a given frequency of the standing wave, the amount of time within which particles are accelerated to a corresponding drift rate (relaxation time) may be proportional to the product of the particle density and the square of the particle size. Therefore, in the presence of particles of different sizes, at the beginning of accumulation, in particular small particles with similar particle size can accumulate in the wave nodes, whereas larger particles may take a longer period of time. If an appropriate period of time is set or waited for, within which sufficient accumulation of all different particles can take place before the electrophoretic deposition is carried out, a high homogeneity of the deposition and a production result with high reproducibility can be achieved. The manufacturing accuracy in this way may be less dependent on the specification of the material to be deposited.
Der letztgenannte Vorteil lässt sich zum Beispiel erzielen, wenn Partikel desselben Materials abgeschieden werden, bei denen eine große Streuung in Bezug auf die Partikelgröße vorliegt. Es können des Weiteren Partikel aus unterschiedlichen Materialien in gemeinsamer Weise auf dem Substrat abgeschieden. Bei Vorliegen unterschiedlicher Partikelgrößen kann auch hier durch Zugrundelegen einer entsprechenden Akkumulationszeit eine homogene Schichtabscheidung erzielt werden. The latter advantage can be achieved, for example, by depositing particles of the same material that have a large particle size variation. Furthermore, particles of different materials can be deposited in a common manner on the substrate. If different particle sizes are present, homogenous layer deposition can also be achieved by laying down a corresponding accumulation time.
Im Folgenden werden weitere mögliche Ausführungsformen des Verfahrens näher beschrieben. In the following, further possible embodiments of the method will be described in more detail.
Das Substrat kann für die Partikelabscheidung in einer vertikalen Orientierung in der Suspension angeordnet werden. Die stehende akustische Welle kann zwischen zwei Reflektoren erzeugt und an den Reflektoren reflektiert werden. Die Reflektoren können vor und hinter bzw. beidseitig des Substrats angeordnet sein. Das Substrat kann ebenso selbst als ein Reflektor dienen, so dass lediglich ein weiterer Reflektor zum Einsatz kommen kann. Die akustische Welle kann mit Hilfe eines geeigneten Erregers hervorgerufen und in die Suspension eingebracht werden. Es kann ein separater Erreger eingesetzt werden. Alternativ kann ein Reflektor oder können beide Reflektoren gleichzeitig Erreger der Welle sein. The substrate may be placed in a vertical orientation in the suspension for particle deposition. The standing acoustic wave can be generated between two reflectors and reflected at the reflectors. The reflectors may be arranged in front of and behind or on both sides of the substrate. The substrate can also serve as a reflector itself, so that only one additional reflector can be used. The acoustic wave can be caused by means of a suitable exciter and introduced into the suspension. It can be used a separate pathogen. Alternatively, a reflector or both reflectors may simultaneously be exciters of the wave.
Für das elektrophoretische Abscheiden kann das Substrat bzw. können Teile oder (Oberflächen-)Bereiche des Substrats in geeigneter Weise kontaktiert und mit einer Spannungsquelle verbunden sein, so dass das Substrat bzw. Bereiche desselben als Elektrode dienen können. In der Suspension kann eine weitere mit der Spannungsquelle verbundene Elektrode angeordnet sein, welche als Gegenelektrode dient. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung und dadurch Erzeugen eines elektrischen Feldes kann eine Bewegung von Partikeln, insbesondere von Partikeln aus dem für die Abscheidung vorgesehenen Verdichtungsbereich, zu dem Substrat hervorgerufen werden. Die Partikel können sich auf dem bestromten Substrat bzw. auf den bestromten Bereichen des Substrats anlagern, so dass eine Schicht gebildet werden kann. Bei diesem Prozess kann ferner ein teilweises Verbinden von Partikeln erfolgen. For the electrophoretic deposition, the substrate or parts or (surface) regions of the substrate can be suitably contacted and connected to a voltage source, so that the substrate or areas thereof can serve as an electrode. In the suspension, a further connected to the voltage source electrode may be arranged, which serves as a counter electrode. By applying an electrical voltage and thereby generating an electric field, a movement of particles, in particular of particles from the intended for the deposition compression area, are caused to the substrate. The particles can be deposited on the energized substrate or on the energized areas of the substrate, so that a layer can be formed. Further, in this process, partial bonding of particles may occur.
Das Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass das Substrat in der Suspension angeordnet wird, anschließend die stehende akustische Welle zur Partikelverdichtung erzeugt wird, und nachfolgend die elektrophoretische Abscheidung hervorgerufen wird. Es ist möglich, dass das Erzeugen der stehenden akustischen Welle während des elektrophoretischen Abscheidens beibehalten wird. Alternativ kann das Erzeugen der stehenden akustischen Welle vor oder auch während des elektrophoretischen Abscheidens beendet werden. Auf diese Weise kann eine Beeinflussung der Abscheidung durch die akustische Welle unterdrückt werden. The method may be carried out by placing the substrate in the suspension, then generating the standing acoustic wave for particle compaction, and subsequently causing the electrophoretic deposition. It is possible that the generation of the standing acoustic wave is maintained during the electrophoretic deposition. Alternatively, the generation of the standing acoustic wave may be terminated before or during electrophoretic deposition. In this way, an influence of the deposition by the acoustic wave can be suppressed.
In einer weiteren Ausführungsform wird das elektrophoretische Abscheiden bei einem vorgegebenen Abstand zwischen dem Verdichtungsbereich und dem Substrat durchgeführt. Hierdurch kann eine homogene Abscheidung begünstigt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn sich der Verdichtungsbereich in unmittelbarer Nähe zu dem Substrat befindet. Möglich ist zum Beispiel ein Abstand in einem Bereich von 2 bis 50µm. Für diese Ausgestaltung des Verfahrens kann zum Beispiel in Betracht kommen, das Substrat in der Suspension anzuordnen, und nachfolgend die stehende akustische Welle derart zu erzeugen, dass ein Schwingungsknoten, welcher als Verdichtungsbereich dient, in dem vorgegebenen Abstand zu dem Substrat vorliegt. In a further embodiment, the electrophoretic deposition is carried out at a predetermined distance between the compression region and the substrate. This can promote a homogeneous deposition. This is especially the case when the compression area is in close proximity to the substrate. Possible, for example, a distance in a range of 2 to 50μm. For this embodiment of the method may be considered, for example, the substrate in the suspension and subsequently to produce the standing acoustic wave such that a vibration node serving as a compression region exists at the predetermined distance from the substrate.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Suspension vor dem Erzeugen der stehenden akustischen Welle wenigstens in einem Teilbereich eine gleichmäßige Verteilung von Partikeln aufweist. Hierdurch kann eine homogene Abscheidung weiter begünstigt werden. In a further embodiment, the method is carried out in such a way that the suspension has a uniform distribution of particles at least in a partial region before generating the standing acoustic wave. As a result, a homogeneous deposition can be further promoted.
Die vorgenannte Ausführungsform kann zum Beispiel verwirklicht werden, indem vor dem Erzeugen der stehenden akustischen Welle wenigstens in einem Teilbereich der Suspension eine turbulente Strömung erzeugt wird. Beispielsweise ist es möglich, in einem kleinen Volumenbereich der Suspension durch eine mäßige turbulente Strömung eine homogene Partikelverteilung auszubilden, von hier aus nachfolgend mit Hilfe der stehenden akustischen Welle Partikel zu entnehmen und zu dem Wellenknoten bzw. Verdichtungsbereich in der Nähe des Substrats zu transportieren, und anschließend elektrophoretisch auf das Substrat abzuscheiden. Alternativ kann durch Turbulenz eine initiale homogene Partikelverteilung im Wesentlichen in dem gesamten Volumen der Suspension ausgebildet werden. Nach einem Beenden der Strömungserzeugung kann durch einen zeitlich passenden Übergang mit Hilfe der stehenden akustischen Welle die homogene Verteilung in der Nähe des Substrats nicht nur erhalten, sondern verdichtet werden, bevor die Abscheidung erfolgt. Hierbei kann zum Beispiel eine Zeitdauer abgewartet werden, bis sich die Suspension wieder beruhigt hat, und nachfolgend kann die akustische Welle zur Partikelverdichtung erzeugt werden. The aforesaid embodiment can be realized, for example, by generating a turbulent flow at least in a partial area of the suspension before generating the standing acoustic wave. For example, it is possible to form a homogeneous particle distribution in a small volume range of the suspension by means of a moderate turbulent flow, from here to subsequently remove particles with the aid of the standing acoustic wave and transport them to the wave knot or compaction area in the vicinity of the substrate, and then electrophoretically deposit on the substrate. Alternatively, by turbulence, an initial homogeneous particle distribution can be formed substantially in the entire volume of the suspension. After completion of the flow generation, the homogeneous distribution in the vicinity of the substrate can not only be obtained by a timely transition with the aid of the standing acoustic wave, but can be compressed before the deposition takes place. In this case, for example, a period of time can be waited until the suspension has calmed down again, and subsequently the acoustic wave can be generated for particle compaction.
Ein Bereitstellen einer homogenen Partikelverteilung wenigstens in einem Teilbereich der Suspension lässt sich auch auf andere Art und Weise verwirklichen. Es ist zum Beispiel möglich, das Verdichten und das elektrophoretische Abscheiden in einem Abscheidungsbehälter durchzuführen. In einem weiteren Behälter kann eine Suspension mit homogener Partikelverteilung ausgebildet werden. Diese Suspension kann dem Abscheidungsbehälter vor dem Erzeugen der stehenden akustischen Welle zugeführt werden. In dem Abscheidungsbehälter kann sich bereits eine Suspension oder auch ein flüssiges Suspensionsmedium ohne Partikel befinden. Providing a homogeneous particle distribution at least in a partial area of the suspension can also be achieved in other ways. For example, it is possible to perform densification and electrophoretic deposition in a deposition vessel. In another container, a suspension can be formed with a homogeneous particle distribution. This suspension may be supplied to the deposition vessel prior to generating the standing acoustic wave. A suspension or even a liquid suspension medium without particles may already be in the deposition tank.
Das Verfahren kann im Rahmen der Herstellung optoelektronischer Bauelemente zur Anwendung kommen. In diesem Sinne ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Substrat wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweist. Bei dem wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip kann es sich zum Beispiel zum einen Leuchtdioden- bzw. LED-Chip handeln, welcher zum Erzeugen einer Lichtstrahlung ausgebildet ist. Bei dem Verfahren kann die Abscheidung auf einer vorderseitigen Oberfläche des wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchips erfolgen. An der vorderseitigen Oberfläche kann ein elektrisch leitfähiges Material, zum Beispiel ein dotiertes Halbleitermaterial des Halbleiterchips oder ein anderes elektrisch leitfähiges Material, angeordnet sein, welches für die Abscheidung mit der Spannungsquelle verbunden ist. The method can be used in the context of the production of optoelectronic components. In this sense, according to a further embodiment, it is provided that the substrate has at least one optoelectronic semiconductor chip. The at least one optoelectronic semiconductor chip can be, for example, a light-emitting diode or LED chip which is designed to generate a light radiation. In the method, the deposition can take place on a front-side surface of the at least one optoelectronic semiconductor chip. An electrically conductive material, for example a doped semiconductor material of the semiconductor chip or another electrically conductive material, which is connected to the voltage source for the deposition, may be arranged on the front-side surface.
Das zu beschichtende Substrat kann zum Beispiel einen Träger und eine Mehrzahl vereinzelter optoelektronischer Halbleiterchips aufweisen, welche auf dem Träger angeordnet sind. Der Träger kann zum Beispiel ein Panel sein, und kann zum Beispiel lediglich im Rahmen der Herstellung optoelektronischer Bauelemente oder im Rahmen der Partikelabscheidung zum Tragen von Halbleiterchips eingesetzt sein. Alternativ ist es möglich, dass das Substrat einen Träger und einen oder mehrere hierauf angeordnete optoelektronische Halbleiterchips aufweist, wobei der Träger einen Bestandteil des herzustellenden optoelektronischen Bauelements bildet. In dieser Variante kann das Substrat ein Package bzw. Chippackage sein. Eine weitere mögliche Variante ist ein Wafer mit noch nicht vereinzelten optoelektronischen Halbleiterchips. The substrate to be coated may include, for example, a carrier and a plurality of isolated optoelectronic semiconductor chips arranged on the carrier. The carrier may be, for example, a panel, and may be used, for example, only in the context of the production of optoelectronic components or in the context of particle deposition for carrying semiconductor chips. Alternatively, it is possible for the substrate to have a carrier and one or more optoelectronic semiconductor chips arranged thereon, wherein the carrier forms a component of the optoelectronic component to be produced. In this variant, the substrate may be a package or chip package. Another possible variant is a wafer with not yet isolated optoelectronic semiconductor chips.
Abgesehen von den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen können auch andere Substrate bei dem Verfahren zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass unter den hier verwendeten Ausdruck Substrat beliebige Einrichtungen oder Körper fallen können, auf welchen eine Partikelabscheidung möglich ist. Apart from the embodiments described above, other substrates may also be used in the process. In this context, it should be noted that the term substrate as used herein may include any devices or bodies on which particle deposition is possible.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere Substrate in der Suspension angeordnet und werden gleichzeitig durch das elektrophoretische Abscheiden Partikel auf den mehreren Substraten abgeschieden. Eine solche Mehrfachprozessierung (Batchprozess) ermöglicht einen hohen Durchsatz. In a further embodiment of the method, a plurality of substrates are arranged in the suspension and at the same time particles are deposited on the plurality of substrates by the electrophoretic deposition. Such multiple processing (batch process) enables high throughput.
Dieser Vorteil lässt sich auch in einer weiteren Ausführungsform erzielen, in welcher mehrere Substrate nacheinander in der Suspension angeordnet und nacheinander durch elektrophoretisches Abscheiden Partikel auf den mehreren Substraten abgeschieden werden. In dieser Ausgestaltung kann ein kontinuierliches Einfahren, langsames seitliches Verfahren mit Bezug auf den Verdichtungsbereich und Ausfahren von Substraten erfolgen. Lediglich während des seitlichen Bewegens kann ein Beschichten mit Partikeln stattfinden. Dies kann durch eine entsprechende Bestromung der Substrate gesteuert werden. This advantage can also be achieved in a further embodiment in which a plurality of substrates are arranged successively in the suspension and particles are sequentially deposited by electrophoretic deposition on the plurality of substrates. In this embodiment, a continuous retraction, slow lateral method with respect to the compression area and extension of substrates can be carried out. Only during the lateral movement can coating with particles take place. This can be controlled by a corresponding energization of the substrates.
Im Hinblick auf die oben erwähnte Herstellung optoelektronischer Bauelemente können bei dem Verfahren unterschiedliche Partikel zum Einsatz kommen. Ein mögliches Beispiel sind Leuchtstoffpartikel zur Strahlungskonversion. Des Weiteren lassen sich in dem Verfahren auch andere Partikel, zum Beispiel streuende Partikel, reflektive Partikel, anorganische Pigmente, Nanopartikel zur Strahlungskonversion sowie mehrschichtige Partikel abscheiden. Es ist möglich, Partikel unterschiedlicher Materialien und/oder Partikelgrößen in gemeinsamer Weise mit Hilfe des Verfahrens auf dem Substrat abzuscheiden. Hierunter fällt zum Beispiel die gemeinsame Abscheidung unterschiedlicher Leuchtstoffpartikel einer Leuchtstoffmischung, oder die gemeinsame Abscheidung von Leuchtstoffpartikeln und streuenden Partikeln. Des Weiteren ist es möglich, dass eine Abscheidung auf eine bereits abgeschiedene Leuchtstoffschicht erfolgt. Diese Leuchtstoffschicht kann in analoger Weise durch eine kombinierte Partikelverdichtung mit Hilfe einer stehenden akustischen Welle und einer elektrophoretischen Abscheidung oder durch ein anderes Verfahren hergestellt sein. With regard to the above-mentioned production of optoelectronic components, different particles can be used in the method. One possible example is phosphor particles for radiation conversion. Furthermore, other particles, for example scattering particles, reflective particles, inorganic pigments, nanoparticles for radiation conversion and multilayered particles can also be deposited in the process. It is possible to deposit particles of different materials and / or particle sizes in a common manner by means of the method on the substrate. This includes, for example, the common deposition of different phosphor particles of a phosphor mixture, or the common deposition of phosphor particles and scattering particles. Furthermore, it is possible that a deposition takes place on an already deposited phosphor layer. This phosphor layer can be prepared in an analogous manner by a combined particle compaction by means of a standing acoustic wave and an electrophoretic deposition or by another method.
Mit Hilfe des Verfahrens kann durch das Abscheiden von Leuchtstoffpartikeln eine Leuchtstoffschicht auf wenigstens einem LED-Chip ausgebildet werden. Der LED-Chip kann zum Beispiel zum Erzeugen einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein. Die Leuchtstoffschicht kann, entsprechend den abgeschiedenen Leuchtstoffpartikeln, dazu ausgebildet sein, Anteile des blauen Lichts in eine oder mehrere Lichtstrahlungen, zum Beispiel im grünen bis roten Spektralbereich, zu konvertieren. With the aid of the method, by depositing phosphor particles, a phosphor layer can be formed on at least one LED chip. The LED chip can be designed, for example, to generate a blue light radiation. The phosphor layer can, according to the deposited phosphor particles, be designed to convert portions of the blue light into one or more light radiations, for example in the green to red spectral range.
Neben Partikeln weist die Suspension eine als Suspensionsmedium dienende Flüssigkeit auf. Hierbei kann es sich um eine organische Flüssigkeit bzw. um ein organisches Lösungsmittel, zum Beispiel um einen Alkohol wie zum Beispiel Isopropanol, handeln. In addition to particles, the suspension has a liquid serving as a suspension medium. This may be an organic liquid or an organic solvent, for example an alcohol such as isopropanol.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens bzw. einer der oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist einen Behälter zum Aufnehmen einer Suspension mit Partikeln und eine Einrichtung zum Erzeugen einer stehenden akustischen Welle in der Suspension auf, um Partikel in einem Verdichtungsbereich zu akkumulieren. Die Vorrichtung weist des Weiteren eine Einrichtung zum Hervorrufen eines elektrophoretischen Abscheidens von Partikeln auf einem in der Suspension bzw. in dem Behälter angeordneten Substrat auf. According to a further aspect of the invention, an apparatus for carrying out the above-described method or one of the above-described embodiments of the method is proposed. The apparatus comprises a container for receiving a suspension of particles and means for creating a standing acoustic wave in the suspension to accumulate particles in a compression area. The apparatus further comprises means for causing electrophoretic deposition of particles on a substrate disposed in the suspension.
Die Einrichtung zum Erzeugen der stehenden akustischen Welle kann oben bereits erwähnte Komponenten wie zum Beispiel einen Erreger zum Hervorrufen einer akustischen Welle und zwei Reflektoren zum Reflektieren der Welle aufweisen. Bei dem in der Suspension angeordneten Substrat sind die Reflektoren beidseitig des Substrats angeordnet. Es ist möglich, dass ein Reflektor oder auch beide Reflektoren gleichzeitig als Erreger zum Hervorrufen der akustischen Welle ausgebildet sind. Ebenso kann das Substrat selbst als Reflektor dienen. The means for generating the standing acoustic wave may comprise components already mentioned above, such as an exciter for inducing an acoustic wave and two reflectors for reflecting the wave. In the substrate arranged in the suspension, the reflectors are arranged on both sides of the substrate. It is possible that a reflector or both reflectors are simultaneously formed as excitation to cause the acoustic wave. Likewise, the substrate itself can serve as a reflector.
Die Einrichtung zum Hervorrufen des elektrophoretischen Abscheidens kann Komponenten wie zum Beispiel eine elektrische Energieversorgungs- bzw. Spannungsquelle sowie geeignete Kontaktierungsmittel zum Kontaktieren des Substrats oder zu beschichtender Bereiche des Substrats aufweisen. Eine weitere Komponente ist eine in dem Behälter angeordnete und mit der Spannungsquelle verbundene Gegenelektrode. The means for effecting electrophoretic deposition may comprise components such as an electrical power source and suitable contacting means for contacting the substrate or portions of the substrate to be coated. Another component is a counter electrode arranged in the container and connected to the voltage source.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale und Details, welche oben in Bezug auf das Verfahren beschrieben sind, auch bei der Vorrichtung zur Anwendung kommen können. It should be understood that features and details described above with respect to the method may also be applied to the device.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen. The above-explained and / or reproduced in the dependent claims advantageous embodiments and refinements of the invention can - except for example in cases of clear dependencies or incompatible alternatives - individually or in any combination with each other are used.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the schematic drawings. Show it:
Auf der Grundlage der folgenden schematischen Figuren wird ein Konzept beschrieben, mit dessen Hilfe sich Partikel
Das hier beschriebene Konzept basiert darauf, in einer Suspension
Die
Die in den
Eine maximale Partikeldrift und eine minimale Verdichtungszeit kann erzielt werden, wenn für die dimensionslose Gruppe ωτ die Bedingung
Hierbei sind ρp eine Partikeldichte, dp ein Partikeldurchmesser und µ eine Zähigkeit eines Mediums bzw. Fluids, in welchem die Partikel
Bei der in den
Eine weitere Größe zum Charakterisieren der Partikelverdichtung ist die (maximale) Verdichtungslänge L für Partikel
Das anhand der
Die Vorrichtung
In
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Abscheidung, welche in den
Sofern Leuchtstoffpartikel abgeschieden werden, kann es sich bei den Schichten
Anhand der
Zu Beginn des Verfahrens wird die Suspension
Darüber hinaus wird eine stehende akustische Welle
Die Driftbewegung von Partikeln
Im Hinblick auf das elektrophoretische Abscheiden ist ein vorgegebener kleiner Abstand zwischen dem Verdichtungsbereich
Es ist möglich, das Erzeugen der stehenden akustischen Welle
Für die elektrophoretische Abscheidung wird mit Hilfe der Spannungsquelle
Im Anschluss hieran wird die Bestromung beendet und das beschichtete Substrat
In dem mit Hilfe der Vorrichtung
Bei großen Leuchtstoffpartikeln mit zum Beispiel einem Durchmesser dp = 12µm und einer Dichte ρp = 7g/cm3 kann die Sedimentationsgeschwindigkeit vs beispielsweise ca. 0,25mm/s betragen. In Isopropanol kann bei einer Energiedichte der Welle
Die Zeitdauer zum Verdichten und Abscheiden kann über eine Vergrößerung der Energiedichte E und/oder der Frequenz f der Welle
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass Partikel
Das bei dem Verfahren durchgeführte lokale Verdichten von Partikeln
Neben der Homogenität der Schichtabscheidung besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Fertigungsgenauigkeit weniger von der Spezifikation des eingesetzten Partikelmaterials abhängig sein kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn unterschiedliche Partikelgrößen vorliegen. Bei einer gegebenen Frequenz f der stehenden Welle
Bei den mit Hilfe des Verfahrens abgeschiedenen Partikeln
Es können aber auch andere Partikel
Weitere Beispiele abzuscheidender Partikel
Mit Hilfe des Verfahrens können Partikel
Das oben beschriebene Verfahren kann auf unterschiedliche Art und Weise abgewandelt werden, wie im Folgenden anhand weiterer Ausführungsformen näher beschrieben wird. Es wird darauf hingewiesen, dass übereinstimmende Prozesse sowie gleiche und gleichwirkende Komponenten im Folgenden nicht erneut detailliert beschrieben werden. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass Details, welche in Bezug auf eine der folgenden Ausführungsformen genannt werden, auch auf andere Ausführungsformen zutreffen können. Möglich ist es ferner, zwei oder mehrere der folgenden Ausführungsformen zu kombinieren. The method described above can be modified in different ways, as will be described in more detail below with reference to further embodiments. It should be noted that matching processes as well as like and equivalent components will not be described again in detail below. For details, reference is made to the above description instead. It is further to be understood that details referred to in relation to one of the following embodiments may also apply to other embodiments. It is also possible to combine two or more of the following embodiments.
Anstatt das zu beschichtende Substrat
In einer weiteren möglichen Abwandlung des Verfahrens wird vor dem Erzeugen der stehenden akustischen Welle
Abwandlungen sind auch in Bezug auf das Beschichten des Substrats
Anstelle des in
Alternativ ist es möglich, dass das Substrat
Die Vorrichtung
Anstelle eines Batch-Prozesses kann auch ein kontinuierliches Beschichten mehrerer Substrate
Im Hinblick auf das kontinuierliche Beschichtungsverfahren, wie es in
Ein Bereitstellen einer Suspension mit homogen verteilten Partikeln
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können. The embodiments explained with reference to the figures represent preferred or exemplary embodiments of the invention. In addition to the described and illustrated embodiments, further embodiments are conceivable which may include further modifications and / or combinations of features.
Es ist zum Beispiel möglich, anstelle von oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden. Auch können die obigen Zahlenangaben durch andere Angaben ersetzt werden. For example, it is possible to use other materials instead of the above materials. Also, the above figures can be replaced by other information.
Des Weiteren ist es denkbar, den vor dem Verdichten durchgeführten Schritt des Bereitstellens einer gleichmäßigen Partikelverteilung wegzulassen. Furthermore, it is conceivable to omit the step performed prior to compaction of providing a uniform particle distribution.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass andere als die oben beschriebenen Substrate beschichtet werden können. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass unter den hier verwendeten Ausdruck Substrat sämtliche Einrichtungen, Komponenten und Körper fallen können, welche sich in einem elektrophoretischen Abscheidungsprozess beschichten lassen. It is further noted that substrates other than those described above may be coated. In this regard, it should be understood that the term substrate as used herein may include all devices, components and bodies that can be coated in an electrophoretic deposition process.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Substrat substratum
- 101 101
- Träger carrier
- 102 102
- Halbleiterchip Semiconductor chip
- 105 105
- Schicht layer
- 110 110
- Suspension suspension
- 111 111
- Flüssigkeit liquid
- 115 115
- Partikel particle
- 119 119
- Kanal channel
- 120 120
- Akustische Welle Acoustic wave
- 121 121
- Knoten node
- 125 125
- Verdichtungsbereich compression region
- 130 130
- Vorrichtung contraption
- 131, 132 131, 132
- Reflektor reflector
- 134 134
- Behälter container
- 136 136
- Gegenelektrode counter electrode
- 137 137
- Spannungsquelle voltage source
- 139 139
- Rührer stirrer
- 151 151
- Driftbewegung drift motion
- 152 152
- Sedimentation sedimentation
- 153 153
- Abscheidung deposition
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310217856 DE102013217856A1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Separation of particles |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201310217856 DE102013217856A1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Separation of particles |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013217856A1 true DE102013217856A1 (en) | 2015-03-12 |
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ID=52478431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE201310217856 Withdrawn DE102013217856A1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Separation of particles |
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-
2013
- 2013-09-06 DE DE201310217856 patent/DE102013217856A1/en not_active Withdrawn
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