DE102014115622A1

DE102014115622A1 - Herstellung eines Leuchtmoduls für eine Hinterleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014115622A1
Application number: DE102014115622.6A
Authority: DE
Inventors: Herbert Brunner; Markus Boss
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2016-05-12
Also published as: WO2016066689A1; DE112015004893A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls für eine Hinterleuchtungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Substrats, ein Bereitstellen einer Trägerstruktur auf dem Substrat, und ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Substrat. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfassen eine Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Weiter vorgesehen sind ein Anordnen einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung auf der Trägerschicht, wobei die Abdeckung die strahlungsemittierenden Halbleiterchips überdeckt, und ein Durchtrennen des Substrats, der Trägerstruktur und der Abdeckung zum Separieren des Leuchtmoduls. Das separierte Leuchtmodul weist die Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Hinterleuchtungsvorrichtung, und ein Leuchtmodul.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls für eine Hinterleuchtungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Hinterleuchtungsvorrichtung und ein Leuchtmodul.
Eine Hinterleuchtungsvorrichtung (BLU, Backlight Unit) zur Beleuchtung einer Flüssigkristallanzeige (LCD, Liquid Crystal Display) kann eine Leuchteinrichtung zum Erzeugen einer Lichtstrahlung und einen plattenförmigen Lichtleiter aufweisen. Die Hinterleuchtungsvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die erzeugte Lichtstrahlung über eine Randseite in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Zur Beleuchtung der Flüssigkristallanzeige kann die Lichtstrahlung über eine Hauptseite des Lichtleiters von diesem abgegeben werden.
Bei einem derzeit gebräuchlichen Aufbau werden gehäuste Leuchtdioden zur seitlichen Lichtabstrahlung verwendet, welche in Form von oberflächenmontierbaren Bauelementen (SMT-Bauelementen, Surface Mounting Technology) verwirklicht sind. Derartige LED-Bauelemente werden auch als Sidelooker LED Packages bezeichnet. In der Herstellung werden die LED-Bauelemente durch Löten auf ein Substrat in Form einer flexiblen Leiterplatte montiert. Anschließend wird die mit den LED-Bauelementen versehene Leiterplatte zusammen mit einem Lichtleiter in einen Halterahmen eingelegt. Im Betrieb der Hinterleuchtungsvorrichtung erfolgt die Einkopplung von Lichtstrahlung in den Lichtleiter über einen Luftspalt.
Bei Anwendungen wie zum Beispiel mobilen Geräten wird der Einsatz von zunehmend dünneren Hinterleuchtungsvorrichtungen gefordert. Beispielsweise wird angestrebt, die bei derzeitigen Produkten vorliegende Lichtleiterdicke von 0,6mm auf 0,2mm zu verkleinern. Mit dieser Forderung stößt der oben beschriebene Aufbau an Machbarkeitsgrenzen. Von Nachteil ist vor allem das Auflöten der LED-Bauelemente auf eine flexible Leiterplatte, was mit großen Toleranzen einhergehen kann. Eine Folge hiervon ist eine unzureichende Lagegenauigkeit der LED-Bauelemente in Bezug auf den Lichtleiter. Dies mindert die Effizienz der Strahlungseinkopplung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Leuchteinrichtung und für eine verbesserte Hinterleuchtungsvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls für eine Hinterleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Substrats, ein Bereitstellen einer Trägerstruktur auf dem Substrat, und ein Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Substrat. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfassen eine Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Weiter vorgesehen sind ein Anordnen einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung auf der Trägerschicht, wobei die Abdeckung die strahlungsemittierenden Halbleiterchips überdeckt, und ein Durchtrennen des Substrats, der Trägerstruktur und der Abdeckung zum Separieren des Leuchtmoduls. Das separierte Leuchtmodul weist die Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf.
Anstatt gehäuste LED-Bauelemente herzustellen und diese durch eine Oberflächen- bzw. SMT-Montage auf einem Substrat zu montieren, werden bei dem Verfahren ungehäuste strahlungsemittierende Halbleiterchips auf einem Substrat angeordnet. Hierbei bildet wenigstens ein Teil der auf dem Substrat angeordneten Halbleiterchips die für das zu fertigende Leuchtmodul vorgesehene Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips. Zusätzlich zu den Halbleiterchips wird eine Trägerstruktur auf dem Substrat bereitgestellt, auf welcher eine strahlungsdurchlässige Abdeckung angeordnet wird. Hierbei dient die Trägerstruktur zum Tragen bzw. Stützen der Abdeckung. Durch die Abdeckung, welche in Form einer dünnen Platte verwirklicht sein kann, können die Trägerstruktur und die auf dem Substrat angeordneten Halbleiterchips überdeckt werden. Hierbei kann die Abdeckung mit Hilfe der Trägerstruktur beabstandet zu den Halbleiterchips gehalten werden. Zum Separieren des Leuchtmoduls werden das Substrat, die Trägerstruktur und die Abdeckung durchtrennt. Dies erfolgt derart, dass das separierte Leuchtmodul die Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips aufweist. Das separierte Leuchtmodul kann darüber hinaus durchtrennte Abschnitte des Substrats, der Trägerstruktur und der Abdeckung aufweisen.
Aufgrund des Aufbaus mit auf dem Substrat angeordneten ungehäusten strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann das Leuchtmodul auch als Chip-On-Board-Modul bezeichnet werden.
Bei dem Verfahren entfällt das mit Fertigungstoleranzen behaftete und mit einer ungenauen Justage verbundene Auflöten von SMT-Bauelementen. Das stattdessen durchgeführte direkte Anordnen von nackten strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Substrat kann mit einer hohen Positioniergenauigkeit erfolgen. Infolgedessen können sich die in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips des hergestellten Leuchtmoduls mit einer hohen Genauigkeit an vorgegebenen Positionen auf dem Substrat befinden. Dies macht es möglich, das Leuchtmodul derart in Bezug auf einen Lichtleiter anzuordnen, dass eine effiziente Einkopplung von im Betrieb des Leuchtmoduls erzeugter Strahlung in den Lichtleiter erfolgen kann.
Im Betrieb des Leuchtmoduls kann eine Strahlungsemission über die strahlungsdurchlässige Abdeckung des Leuchtmoduls stattfinden. In diesem Zusammenhang ist es ferner von Vorteil, dass sich bei dem gemäß dem Verfahren gefertigten Leuchtmodul die strahlungsdurchlässige Abdeckung zur Verbindung mit einem Lichtleiter nutzen lässt. Auf diese Weise kann eine direkte optische Schnittstelle zwischen dem Leuchtmodul und dem Lichtleiter verwirklicht werden. Hierbei kann die von dem Leuchtmodul erzeugte Strahlung über die Abdeckung in den Lichtleiter eingekoppelt werden. Diese Ausgestaltung begünstigt ebenfalls eine effiziente Strahlungseinkopplung.
Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich das Leuchtmodul für eine Kombination mit dünnen bzw. dünnsten Lichtleitern. Möglich ist zum Beispiel die Verwendung eines Lichtleiters mit einer Lichtleiterdicke von 0,2mm.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Materialeinschränkungen, welche sich aufgrund der bei einer SMT-Montage auftretenden hohen Löttemperaturen ergeben, umgangen werden können. Infolgedessen ermöglicht das Verfahren eine Herstellung des Leuchtmoduls mit einer Vielzahl an zur Verfügung stehenden Materialien.
Die Herstellung des Leuchtmoduls mit direkt auf dem Substrat angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips führt des Weiteren zu einer Integration. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Leuchteinrichtung kann eine kleinere Anzahl an zusammenzubauenden Komponenten und Materialien zum Einsatz kommen. Daher lässt sich das Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise durchführen.
Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens näher beschrieben.
Das Leuchtmodul kann, entsprechend der Gruppe aus entlang einer Linie bzw. in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips, mit einer länglichen, zum Beispiel leisten- oder balkenförmigen Geometrie, hergestellt werden. Diese Form des Leuchtmoduls kann durch das Durchtrennen verwirklicht werden.
Die auf dem Substrat bereitgestellte Trägerstruktur kann in Form einer strukturierten, d.h. einer eine Struktur aufweisenden Schicht verwirklicht werden. Hierbei kann die Trägerstruktur in Bereichen seitlich der auf dem Substrat angeordneten Halbleiterchips vorhanden sein bzw. können die Halbleiterchips von der Trägerstruktur lateral umgeben sein.
In einer möglichen Ausführungsform weist die auf dem Substrat bereitgestellte Trägerstruktur mehrere Ausnehmungen zum Aufnehmen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf. Über die Ausnehmungen kann das Substrat bzw. kann eine Substratseite, auf welcher die Trägerstruktur und die Halbleiterchips vorgesehen sind, freigelegt sein. Diese Ausgestaltung kann in Bezug auf eine verbundweise und gemeinsame Herstellung von mehreren Leuchtmodulen in Betracht kommen. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
Es ist möglich, zuerst die Trägerstruktur auf dem Substrat bereitzustellen und nachfolgend die strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Substrat anzuordnen. In dieser Verfahrensvariante kann die Trägerstruktur zum Beispiel mit Hilfe eines Formprozesses (Moldprozess) separat gefertigt und auf das Substrat aufgeklebt werden. Möglich ist auch ein Durchführen eines Formprozesses, in welchem Material der Trägerstruktur in direkter Weise auf das Substrat zum Bilden der Trägerstruktur aufgebracht wird. Alternativ ist es möglich, zuerst die strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf dem Substrat anzuordnen und nachfolgend die Trägerstruktur auf dem Substrat bereitzustellen. Auch hierbei kann die Trägerstruktur mit Hilfe eines Formprozesses separat gefertigt und auf das Substrat aufgeklebt werden. Nach dem Bereitstellen der Trägerstruktur und dem Anordnen der Halbleiterchips auf dem Substrat kann die strahlungsdurchlässige Abdeckung auf der Trägerstruktur angeordnet werden.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips können zum Beispiel mit Hilfe von Klebstoff auf dem Substrat befestigt werden. Bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann es sich um Leuchtdiodenchips bzw. LED-Chips (Light Emitting Diode) handeln. Die Halbleiterchips können zum Beispiel zum Erzeugen einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sein. Hierbei kann das Leuchtmodul zum Bewirken einer Konversion von Lichtstrahlung der Halbleiterchips ausgebildet werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Aufbringen eines Konversionsmaterials zur Strahlungskonversion im Bereich der strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Dieser Schritt wird vor dem Anordnen der Abdeckung auf der Trägerstruktur durchgeführt. Hierbei kann die auf der Trägerstruktur angeordnete Abdeckung (auch) das Konversionsmaterial überdecken. Mit Hilfe des Konversionsmaterials kann eine primäre Lichtstrahlung der Halbleiterchips, zum Beispiel wie oben angegeben eine blaue Lichtstrahlung, wenigstens teilweise in eine oder mehrere sekundäre Lichtstrahlungen, zum Beispiel im grünen bis roten Spektralbereich, konvertiert werden. Auf diese Weise kann eine weiße Lichtstrahlung erzeugt werden. Das Konversionsmaterial kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und in dem Grundmaterial enthaltene und die Strahlungskonversion bewirkende Leuchtstoffpartikel aufweisen. Des Weiteren können die Leuchtstoffpartikel gleichmäßig in dem Grundmaterial verteilt sein, so dass eine Volumenkonversion erzielt werden kann.
Je nach Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, dass bei dem Durchtrennen zum Separieren des Leuchtmoduls auch das Konversionsmaterial durchtrennt wird. Bei der oben erwähnten Ausgestaltung der Trägerstruktur mit mehreren Ausnehmungen kann das Konversionsmaterial in die Ausnehmungen der Trägerstruktur eingebracht werden. Die auf dem Substrat angeordneten Halbleiterchips können mit dem Konversionsmaterial verkapselt werden.
Die Halbleiterchips können sogenannte Volumenemitter sein, welche Strahlung sowohl über eine Vorderseite bzw. nach oben als auch seitlich über entsprechende Seitenflanken abgeben können. Alternativ können sogenannte Oberflächenemitter zum Einsatz kommen, welche Strahlung lediglich über eine Vorderseite emittieren. In Bezug auf letztere Variante kann es ferner in Betracht kommen, Bereiche seitlich der Halbleiterchips bzw. bis zu deren Vorderseiten mit einer reflektierenden Schicht zu versehen. Auf diese Weise lässt sich eine Strahlungsabsorption an Seitenflanken der Oberflächenemitter unterdrücken. Ein Ausbilden einer solchen reflektierenden Schicht kann vor einem Aufbringen eines Konversionsmaterials erfolgen. Die reflektierende Schicht kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und darin enthaltene reflektierende Partikel aufweisen. Bei der Ausgestaltung der Trägerstruktur mit mehreren Ausnehmungen kann Material der reflektierenden Schicht in die Ausnehmungen der Trägerstruktur eingebracht werden. Des Weiteren ist es je nach Ausgestaltung des Verfahrens möglich, dass bei dem Durchtrennen zum Separieren des Leuchtmoduls auch die reflektierende Schicht durchtrennt wird.
Das Substrat kann elektrische Leiterstrukturen aufweisen, mit deren Hilfe den strahlungsemittierenden Halbleiterchips elektrische Energie zugeführt werden kann. Im Rahmen des Anordnens der Halbleiterchips auf dem Substrat können die Halbleiterchips bzw. können Kontakte der Halbleiterchips an die Leiterstrukturen des Substrats angeschlossen werden. Dies kann, je nach Ausgestaltung der Halbleiterchips, mit Hilfe von Prozessen wie zum Beispiel Drahtbonden, Kleben unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs oder auch Löten erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Substrat elektrische Kontaktelemente in einem Randbereich auf. Über derartige Kontaktelemente kann das hergestellte Leuchtmodul zum Beispiel durch Stecken elektrisch kontaktiert werden. Die randseitigen Kontaktelemente, welche auf einer Vorder- und/oder Rückseite des Substrats angeordnet sein können, können Bestandteil der zuvor erläuterten Leiterstrukturen sein.
Das Substrat kann zum Beispiel in Form einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) verwirklicht sein. Möglich sind auch andere Ausführungsformen, zum Beispiel eine Ausgestaltung in Form eines flexiblen Substrats mit Leiterstrukturen in Form einer geätzten Metallisierung. Ein mögliches Beispiel ist ein FEC-Substrat (Flexible Etched Copper).
Die Trägerstruktur und die strahlungsdurchlässige Abdeckung können ein Kunststoffmaterial aufweisen. In Bezug auf die Trägerstruktur kann das zugehörige Kunststoffmaterial mit reflektierenden Partikeln gefüllt sein, so dass die Trägerstruktur ein hohes Reflexionsvermögen besitzt. Auf diese Weise kann sich das hergestellte Leuchtmodul durch eine effiziente Betriebsweise mit hoher Auskoppeleffizienz auszeichnen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Trägerstruktur und/oder weist die Abdeckung ein Thermoplast auf. Sofern diese beiden Komponenten jeweils ein Thermoplast aufweisen, ist es möglich, die Trägerstruktur und die Abdeckung auf einfache Weise mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses, zum Beispiel Laserschweißen oder Ultraschallschweißen, zu verbinden. Alternativ können die Trägerstruktur und die Abdeckung mit Hilfe eines Klebstoffs verbunden werden.
Eine Ausgestaltung der Abdeckung aus einem Thermoplast bietet in entsprechender Weise die Möglichkeit, die Abdeckung des Leuchtmoduls auf einfache Weise mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses mit einem ebenfalls ein Thermoplast aufweisenden Lichtleiter zu verbinden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die die Halbleiterchips überdeckende und sich oberhalb der Halbleiterchips befindende bzw. erstreckende Abdeckung an einer den Halbleiterchips zugewandten Seite eine Struktur zur Verbesserung einer Strahlungseinkopplung in die Abdeckung und/oder zur Verbesserung einer Strahlungsverteilung auf. Hierbei kann es sich zum Beispiel um eine Mottenaugenstruktur, eine Fresnelstruktur oder auch um eine Linsenstruktur bzw. Linsenanordnung handeln. Möglich ist auch eine Oberflächentextur, welche zum Beispiel willkürlich ausgeführt ist. Durch derartige Strukturen kann die Effizienz des Leuchtmoduls weiter begünstigt werden. Auch kann die von dem Leuchtmodul abgegebene und in einen Lichtleiter eingekoppelte Strahlung eine hohe Homogenität bzw. Farborthomogenität aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Gruppe aus nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips des separierten Leuchtmoduls in einer Ausnehmung der Trägerstruktur angeordnet sind. Hierbei können die Halbleiterchips rahmenförmig von der Trägerstruktur umschlossen sein. Die Ausnehmung der Trägerstruktur kann eine längliche Form aufweisen.
Das Verfahren kann auch derart durchgeführt werden, dass zwischen den nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips des separierten Leuchtmoduls Abschnitte der Trägerstruktur vorliegen. Auch an den Enden der Gruppe der nebeneinander angeordneten Halbleiterchips können Abschnitte der Trägerstruktur vorhanden sein. In dieser Ausgestaltung kann das Leuchtmodul mit einer Breite gefertigt werden, welche geringfügig größer ist als eine Breite der Halbleiterchips. Anders ausgedrückt, kann nahezu die gesamte Breite des Leuchtmoduls für die Halbleiterchips genutzt werden. Daher ist es möglich, Halbleiterchips mit einer relativ großen Chipbreite zu verwenden.
In der vorgenannten Ausführungsform des Leuchtmoduls kann die Trägerstruktur in unterbrochener Form vorliegen, so dass das Leuchtmodul lediglich einzelne und nicht miteinander zusammenhängende Abschnitte der Trägerstruktur aufweist. Diese Ausgestaltung kann eine Folge des Durchtrennens der Trägerstruktur sein. In dieser Ausgestaltung kann eine seitliche Lichtabgabe über Längsseiten des Leuchtmoduls stattfinden. Dies kann wie im Folgenden angegeben vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine reflektierende Schicht an den Längsseiten des separierten Leuchtmoduls angeordnet. Die reflektierende Schicht kann zum Beispiel in Form eines dünnen reflektierenden Films bereitgestellt werden, und kann durch Kleben an den Längsseiten des Leuchtmoduls befestigt werden.
Mit Hilfe des Verfahrens kann ein Verbund aus mehreren zusammenhängenden Leuchtmodulen in gemeinsamer Weise gefertigt und nachfolgend durch das Durchtrennen in separate Leuchtmodule vereinzelt werden. In diesem Zusammenhang können die im Folgenden genannten Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen die auf dem Substrat montierten strahlungsemittierenden Halbleiterchips mehrere Gruppen aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Diese Halbleiterchip-Gruppen können parallel zueinander ausgerichtet sein. Durch das Durchtrennen werden mehrere separierte Leuchtmodule gebildet, welche jeweils eine Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die auf dem Substrat bereitgestellte Trägerstruktur mehrere längliche und parallel zueinander verlaufende Ausnehmungen zum Aufnehmen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf. Hierbei kann jede der länglichen Ausnehmungen zum Aufnehmen von mehreren und nebeneinander angeordneten Halbleiterchips genutzt werden. Für das Durchtrennen sind folgende Ausgestaltungen denkbar.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Durchtrennen entlang von parallel zu den länglichen Ausnehmungen verlaufenden Trennlinien durchgeführt. Auf diese Weise können mehrere separierte Leuchtmodule erzeugt werden, bei denen die nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips in einer Ausnehmung der Trägerstruktur angeordnet sind.
Möglich ist es auch, das Durchtrennen entlang von senkrecht zu den länglichen Ausnehmungen verlaufenden Trennlinien durchzuführen. Auf diese Weise können mehrere separierte Leuchtmodule gebildet werden, bei denen zwischen den nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips Abschnitte der Trägerstruktur vorliegen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Hinterleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen. Hierzu wird ein Leuchtmodul durch Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens bzw. einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt, und wird die Abdeckung des Leuchtmoduls mit einer Randseite eines plattenförmigen Lichtleiters verbunden.
Bei der auf diese Weise hergestellten Hinterleuchtungsvorrichtung kann eine effiziente Einkopplung von im Betrieb des Leuchtmoduls erzeugter Lichtstrahlung in den Lichtleiter erzielt werden. Dies wird durch die direkte und dadurch ortsgenaue Anordnung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips des Leuchtmoduls auf dem Substrat, sowie die Verbindung zwischen der Abdeckung des Leuchtmoduls und dem Lichtleiter ermöglicht. Aufgrund dieser Eigenschaften kann die Hinterleuchtungsvorrichtung mit einem dünnen Lichtleiter verwirklicht werden, welcher zum Beispiel eine Dicke von 0,2mm aufweist. Eine solche Hinterleuchtungsvorrichtung kann zum Beispiel in einem mobilen Gerät zur Anwendung kommen.
In einer Ausführungsform werden die Abdeckung des Leuchtmoduls und die Randseite des Lichtleiters mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses, zum Beispiel Laserschweißen oder Ultraschallschweißen, verbunden. Dies ist möglich, wenn die Abdeckung und der Lichtleiter jeweils ein Thermoplast aufweisen. Alternativ kann es in Betracht kommen, die Abdeckung und den Lichtleiter mittels Kleben zu verbinden.
In Bezug auf das oben beschriebene Anordnen einer reflektierenden Schicht an Längsseiten des Leuchtmoduls ist die Möglichkeit gegeben, diesen Prozess sowohl vor als auch nach dem Verbinden des Leuchtmoduls mit dem Lichtleiter durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Leuchtmodul für eine Hinterleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen. Das Leuchtmodul ist durch Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens bzw. einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens hergestellt. Das Leuchtmodul weist ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Trägerstruktur, eine Gruppe aus in einer Reihe nebeneinander auf dem Substrat angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips, und eine mit der Trägerstruktur verbundene strahlungsdurchlässige Abdeckung auf, welche die strahlungsemittierenden Halbleiterchips überdeckt.
Das Leuchtmodul kann sich durch oben genannte Vorteile wie eine hohe Lagegenauigkeit der Halbleiterchips auf dem Substrat auszeichnen. Auch kann die Abdeckung des Leuchtmoduls als Verbindungsstück zur Verbindung mit einem Lichtleiter genutzt werden. Im Unterschied zu einer herkömmlichen Leuchteinrichtung kann die optische Schnittstelle auf diese Weise, bei einer Ausgestaltung der Abdeckung und des Lichtleiters aus einem Thermoplast, in den Thermoplastbereich verlagert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale und Details, welche oben in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung eines Leuchtmoduls genannt sind, auch bei dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Hinterleuchtungsvorrichtung sowie bei dem erläuterten Leuchtmodul zur Anwendung kommen können. Beispielsweise kann das Leuchtmodul eine längliche bzw. balkenförmige Form besitzen. Auch können die Halbleiterchips des Leuchtmoduls in einer länglichen Ausnehmung der Trägerstruktur aufgenommen sein. Möglich ist es auch, dass die Trägerstruktur lediglich in unterbrochener Form vorliegt. Hierbei können separate Abschnitte der Trägerstruktur zwischen den Halbleiterchips und an den Enden der Gruppe aus Halbleiterchips vorhanden sein.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbare Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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:
1 bis 13 einen möglichen Verfahrensablauf zur Herstellung von Leuchtmodulen anhand von Aufsichtsdarstellungen und seitlichen Darstellungen, wobei eine Trägerstruktur mit länglichen Ausnehmungen und strahlungsemittierende Halbleiterchips auf einem Substrat angeordnet werden, ein Konversionsmaterial im Bereich der Halbleiterchips aufgebracht wird, die Trägerstruktur mit einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung verbunden wird, und ein Vereinzeln entlang von parallel zu den Ausnehmungen der Trägerstruktur verlaufenden Trennlinien durchgeführt wird;
14 eine seitliche Darstellung einer Hinterleuchtungsvorrichtung umfassend ein Leuchtmodul von 13 und einen mit der Abdeckung des Leuchtmoduls verbundenen Lichtleiter;
15 bis 25 einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung von Leuchtmodulen anhand von Aufsichtsdarstellungen und seitlichen Darstellungen, wobei eine Trägerstruktur mit länglichen Ausnehmungen und strahlungsemittierende Halbleiterchips auf einem Substrat angeordnet werden, ein Konversionsmaterial im Bereich der Halbleiterchips aufgebracht wird, die Trägerstruktur mit einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung verbunden wird, ein Vereinzeln entlang von senkrecht zu den Ausnehmungen der Trägerstruktur verlaufenden Trennlinien durchgeführt wird, und Längsseiten von vereinzelten Leuchtmodulen mit einer reflektierenden Schicht versehen werden;
26 eine seitliche Darstellung einer Hinterleuchtungsvorrichtung umfassend ein Leuchtmodul von 25 und einen mit der Abdeckung des Leuchtmoduls verbundenen Lichtleiter;
27 bis 30 jeweils einen Ausschnitt einer Abdeckung mit einer Struktur; und
31 einen Ausschnitt eines Leuchtmoduls, welches eine Halbleiterchips lateral umschließende reflektierende Schicht aufweist.
Anhand der folgenden schematischen Figuren werden mögliche Ausgestaltungen von Verfahren zum Herstellen von Leuchtmodulen sowie von entsprechenden Hinterleuchtungsvorrichtungen beschrieben. Die Leuchtmodule sind in Form von Chip-On-Board-Modulen mit auf einem Substrat angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips verwirklicht. Bei den Verfahren können aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung von Leuchtmodulen und optoelektronischen Bauelementen bekannte Prozesse durchgeführt werden und können in diesen Gebieten übliche Materialien zum Einsatz kommen, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise können zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Prozessen weitere Prozesse durchgeführt werden und können die Bauelemente zusätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten mit weiteren Komponenten und Strukturen gefertigt werden. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Figuren lediglich schematischer Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. In diesem Sinne können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.
Die 1 bis 13 zeigen anhand von Aufsichtsdarstellungen und seitlichen Darstellungen ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls 100. Bei dem Verfahren wird eine Mehrzahl an Leuchtmodulen 100 in Form eines zusammenhängenden Verbunds hergestellt, welcher am Ende des Verfahrens in getrennte Leuchtmodule 100 vereinzelt wird. Die Leuchtmodule 100 besitzen eine längliche, balkenförmige Geometrie.
Bei dem Verfahren wird ein Substrat 110 bereitgestellt, welches in 1 in der Aufsicht und in 2 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt ist. Die Schnittebene bezieht sich auf die in 1 angedeutete Schnittlinie. Diese Darstellung ist auch für die sich anschließenden Figuren gewählt.
Das Substrat 110, auf welchem nachfolgend strahlungsemittierende Halbleiterchips 130 angeordnet werden, weist elektrische Leiterstrukturen zum Ermöglichen einer elektrischen Energieversorgung der Halbleiterchips 130 der Leuchtmodule 100 auf. Die Leiterstrukturen weisen Bestandteile wie in einem Randbereich auf einer Vorderseite des Substrats 110 angeordnete Kontaktelemente 115 auf (vgl. auch 14). Die Kontaktelemente 115 können in Form von flächigen Metallisierungen, d.h. in Form von Kontaktflächen oder Kontaktschienen verwirklicht sein, welche zum Beispiel für das Herstellen einer elektrischen Verbindung durch Stecken geeignet sind. Für jedes herzustellende Leuchtmodul 100 weist das Substrat 110 ein Paar aus zwei Kontaktelementen 115 auf.
Weitere Bestandteile der Leiterstrukturen des Substrats 110 sind mit den Kontaktelementen 115 verbundene Leiterbahnen 116, wie in 1 lediglich schematisch im Bereich der zwei auf der linken Seite angeordneten Kontaktelemente 115 angedeutet ist. Darüber hinaus können die Leiterstrukturen des Substrats 110 weitere nicht gezeigte Anschlusselemente aufweisen, mit welchen die Halbleiterchips 130 elektrisch verbunden werden können.
Das Substrat 110 kann zum Beispiel eine Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) bzw. Platine sein. Alternativ können auch andere Ausgestaltungen für das Substrat 110 in Betracht kommen. Ein mögliches Beispiel ist eine Ausgestaltung als flexibles Substrat mit Leiterstrukturen in Form einer geätzten Kupfer-Metallisierung (FEC, Flexible Etched Copper).
Nachfolgend wird, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, eine Trägerstruktur 120 vorderseitig auf dem Substrat 110 angeordnet. Die Trägerstruktur 120 wird zum Tragen bzw. Stützen einer in einem späteren Prozess aufgebrachten Abdeckung 150 verwendet. Die Trägerstruktur 120 ist in Form einer Schicht mit einer Struktur aus länglichen bzw. streifenförmigen und parallel zueinander verlaufenden Ausnehmungen 125 verwirklicht. Die Ausnehmungen 125 dienen zum Aufnehmen der Halbleiterchips 130 der Leuchtmodule 100. Für jedes herzustellende Leuchtmodul 100 weist die Trägerstruktur 120 eine längliche Ausnehmung 125 auf, so dass in jeder Ausnehmung 125 eine Gruppe 135 aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips 130 aufgenommen werden kann (vgl. 5).
Die Trägerstruktur 120 bildet eine die Ausnehmungen 125 rahmenförmig umschließende Wandstruktur. Daher kann die Trägerstruktur 120 auch als Rahmen bzw. Rahmenstruktur bezeichnet werden. Im Bereich der Ausnehmungen 125 liegt die Vorderseite des Substrats 110 frei. Auch im Randbereich des Substrats 110, in welchem die Kontaktelemente 115 vorhanden sind, ist die Vorderseite des Substrats 110 frei von der Trägerstruktur 120, so dass die Kontaktelemente 115 zugänglich sind. Die Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 sind senkrecht zu dem freiliegenden Randbereich mit den Kontaktelementen 115 orientiert.
Es ist möglich, das Substrat 110 derart mit der Trägerstruktur 120 zu versehen, dass die Kontaktelemente 115, wie in 3 gezeigt ist, direkt neben der Trägerstruktur 120 angeordnet sind. Möglich ist auch eine nicht gezeigte Ausgestaltung, in welcher ein Abstand zwischen den Kontaktelementen 115 und der Trägerstruktur 120 vorhanden ist.
Die Trägerstruktur 120 weist ein Thermoplast wie zum Beispiel PBT (Polybutylenterephthalat) auf. Des Weiteren ist die Trägerstruktur 120 hochreflektierend ausgebildet. Hierzu weist die Trägerstruktur 120 in dem Thermoplast enthaltene reflektierende Partikel, zum Beispiel aus TiO2, auf (nicht dargestellt).
Die Trägerstruktur 120 mit den Kavitäten bzw. Ausnehmungen 125 kann in einem Formprozess (Moldprozess) separat hergestellt und durch Kleben auf dem Substrat 110 angeordnet werden. Alternativ ist es möglich, durch Durchführen eines Formprozesses das Substrat 110 in direkter Weise mit Material der Trägerstruktur 120 zu versehen, um die Trägerstruktur 120 auf dem Substrat 110 bereitzustellen.
Nach dem Bereitstellen des Thermoplastrahmens 120 auf dem Substrat 110 werden, wie in den 5 und 6 dargestellt ist, ungehäuste strahlungsemittierende Halbleiterchips 130 in den Ausnehmungen 125 auf dem Substrat 110 angeordnet. In den einzelnen Ausnehmungen 125 werden jeweils mehrere Halbleiterchips 130 nebeneinander platziert, so dass in jeder Ausnehmung 125 eine Gruppe 135 aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips 135 vorliegt. Somit werden auf dem Substrat 110 mehrere solcher linearen Halbleiterchip-Gruppen 135, welche parallel zueinander orientiert sind, angeordnet. Das Montieren der Halbleiterchips 130 kann mit einer hohen Positioniergenauigkeit durchgeführt werden. Auf diese Weise können sich die Halbleiterchips 130 mit einer hohen Genauigkeit an vorgegebenen Positionen auf dem Substrat 110 befinden.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 können unter Verwendung eines nicht gezeigten Klebstoffs auf dem Substrat 110 befestigt werden. Im Rahmen der Chipmontage erfolgt auch ein elektrisches Anschließen der Halbleiterchips 130 an die Leiterstrukturen des Substrats 110. In 5 ist eine mögliche Bauform der Halbleiterchips 130 mit zwei Vorderseitenkontakten angedeutet. Hierbei werden die Vorderseitenkontakte der Halbleiterchips 130 in einem Drahtbondprozess über Bonddrähte 139 mit den Leiterstrukturen des Substrats 110 verbunden.
Bei den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 kann es sich um Leuchtdiodenchips bzw. LED-Chips (Light Emitting Diode) handeln, welche zum Beispiel zum Erzeugen einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sind. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, werden die Leuchtmodule 100 ferner zum Konvertieren der von den Halbleiterchips 130 primär erzeugten Strahlung ausgebildet. Des Weiteren können die Halbleiterchips 130 in Form von Volumenemittern verwirklicht sein, also Halbleiterchips, bei denen eine Strahlungsemission sowohl über eine Vorderseite bzw. nach oben als auch über laterale Seitenflanken erfolgen kann. Hierbei können die Halbleiterchips 130 sogenannte Saphirchips mit einem strahlungsdurchlässigen Chipsubstrat aus Saphir sein.
Die Halbleiterchips 130 können ferner, wie in 5 gezeigt ist, in der Aufsicht eine Rechteckform mit unterschiedlich langen Seiten, d.h. zwei parallelen längeren Seiten und zwei parallelen kürzeren Seiten, aufweisen. Die Halbleiterchips 130 werden hierbei derart auf dem Substrat 110 angeordnet, dass in den Halbleiterchip-Gruppen 135 die kürzeren Seiten der Halbleiterchips 130 einander zugewandt sind.
Das Anordnen der Trägerstruktur 120 und der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf dem Substrat 110 kann abweichend von der vorhergehenden Beschreibung auch in einer umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden. In dieser Verfahrensvariante werden zunächst die Halbleiterchips 130 auf der Vorderseite des Substrats 110 montiert. Nachfolgend wird die Trägerstruktur 120 auf dem Substrat 110 angeordnet. Hierzu kann die Trägerstruktur 120 mit Hilfe eines Formprozesses separat gefertigt und auf das Substrat 110 aufgeklebt werden.
Im Anschluss an das Anordnen der Trägerstruktur 120 und der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf dem Substrat 110 wird, wie in den 7 und 8 dargestellt ist, ein Konversionsmaterial 140 zur Strahlungskonversion auf dem Substrat 110 in den Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 und damit im Bereich der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 aufgebracht. In den einzelnen Ausnehmungen 125, welche als Kavitäten zum Aufnehmen des Konversionsmaterials 140 dienen, bildet das Konversionsmaterial 140 jeweils ein die zugehörigen Halbleiterchips 130 verkapselndes Konversionselement.
Das Konversionsmaterial 140 kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial wie zum Beispiel Silikon und in dem Grundmaterial eingebettete Leuchtstoffpartikel umfassen (nicht dargestellt). Mit Hilfe des Konversionsmaterials 140 kann die primäre und wie oben angegeben beispielsweise blaue Lichtstrahlung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 in eine oder mehrere sekundäre Lichtstrahlungen, zum Beispiel im grünen bis roten Spektralbereich, konvertiert werden. Auf diese Weise kann eine weiße Lichtstrahlung erzeugt werden.
Das Konversionsmaterial 140 kann zum Beispiel durch Vergießen auf dem Träger 110 aufgebracht werden. Das Aufbringen erfolgt wie in 8 gezeigt derart, dass die Ausnehmungen 125 nicht vollständig mit dem Konversionsmaterial 140 verfüllt werden. Das Konversionsmaterial 140 kann Seitenflächen der Trägerstruktur 120 bis zur Vorderseite benetzen, so dass das Konversionsmaterial 140 in den Ausnehmungen 125 die in 8 gezeigte gekrümmte Oberflächenform aufweisen kann. Anstelle von Vergießen kann das Aufbringen des Konversionsmaterials 140 auch durch Durchführen eines Form- bzw. Moldprozesses, zum Beispiel eines Spritzpressprozesses (Transfer Molding), erfolgen.
Nach dem Aufbringen des Konversionsmaterials 140 wird, wie in den 9 und 10 dargestellt ist, eine strahlungsdurchlässige plattenförmige Abdeckung 150 auf einer Vorderseite der Trägerstruktur 120 angeordnet und mit der Trägerstruktur 120 verbunden. Die Trägerstruktur 120 dient dazu, die Abdeckung 150 abzustützen bzw. zu tragen. Bei den hergestellten Leuchtmodulen 100 dient die strahlungsdurchlässige Abdeckung 150 als Fenster, durch welches im Betrieb erzeugte Strahlung passieren, und von welchem die Strahlung anschließend emittiert werden kann. Durch die Abdeckung 150 werden die Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 verschlossen, und werden die sich innerhalb der Ausnehmungen 125 befindenden Gruppen 135 aus strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 und das Konversionsmaterial 140 überdeckt.
Die strahlungsdurchlässige Abdeckung 150 weist wie die Trägerstruktur 120 ein Thermoplast auf. Möglich ist zum Beispiel eine Ausgestaltung der Abdeckung 150 aus PC (Polycarbonat), PMMA (Polymethylmethacrylat) oder COC (Cyclo-Olefin-Copolymer). Dadurch ist es möglich, das Verbinden der Trägerstruktur 120 und der Abdeckung 150 mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses durchzuführen. In 9 ist in dieser Hinsicht ein mit Hilfe eines Laserstrahls 190 durchgeführtes Laserschweißen angedeutet. Alternativ sind auch ein Ultraschallschweißen, oder auch ein Verbinden der Trägerstruktur 120 und der Abdeckung 150 über einen Klebstoff denkbar.
Dadurch, dass das Konversionsmaterial 140 wie oben angegeben die Ausnehmungen 125 nicht vollständig ausfüllend auf das Substrat 110 aufgebracht wird, kann zwischen der Abdeckung 150 und dem Konversionsmaterial 140 jeweils ein Luftspalt vorliegen, wie es auch in 10 gezeigt ist. Dies ist aus thermomechanischen Gründen vorteilhaft. Denn das Konversionsmaterial 140 bzw. dessen Grundmaterial (Silikon) kann im Vergleich zu hieran angrenzenden bzw. umgebenden Komponenten einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Aufgrund des Luftspalts kann eine Ausdehnung und damit eine Bewegung des Konversionsmaterials 140 ohne ein Beschädigen umgebender Bestandteile ermöglicht werden. Auch aus optischen Gründen kann das Vorliegen eines Luftspalts sinnvoll sein. Dies ist der Fall, wenn eine Abdeckung 150 verwendet wird, welche an der den Halbleiterchips 130 zugewandten Seite zusätzlich eine Struktur bzw. optische Elemente zur Verbesserung einer Strahlungseinkopplung und/oder Strahlungsverteilung aufweist. Hierauf wird weiter unten in Zusammenhang mit den 27 bis 30 noch näher eingegangen.
Nach dem Anbringen der Abdeckung an der Trägerstruktur 120 liegt ein Verbund aus (noch) zusammenhängenden Leuchtmodulen 100 vor. In diesem Verfahrenszustand kann gegebenenfalls eine optische Messung durchgeführt werden. Hierbei können die Leuchtmodule 100 über die Kontaktelemente 115 bestromt werden.
Des Weiteren wird der Leuchtmodul-Verbund nach dem Anbringen der Abdeckung 150 entlang von parallel zu den Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 und damit parallel zu den Halbleiterchip-Gruppen 135 verlaufenden Trennlinien 195 durchtrennt, um vereinzelte Leuchtmodule 100 zu bilden. Dieser Vorgang ist in den 11 und 12 für eines der Leuchtmodule 100 angedeutet. Das Vereinzeln kann zum Beispiel durch Sägen erfolgen. Für das Vereinzeln werden das Substrat 110, die Trägerstruktur 120 und die Abdeckung 150 durchtrennt.
Die auf diese Weise gefertigten Leuchtmodule 100 besitzen jeweils eine längliche, balkenförmige Geometrie, und weisen durchtrennte Abschnitte des Substrats 100, der Trägerstruktur 120 und der Abdeckung 150, zwei an einem Ende vorliegende Kontaktelemente 115 und eine Gruppe 135 aus in einer Reihe nebeneinander in einer Ausnehmung 125 der Trägerstruktur 120 angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 auf. Hierbei sind die Halbleiterchips 130 rahmenförmig von der Trägerstruktur 120 umschlossen. Zur besseren Veranschaulichung ist in 13 ein einzelnes und gemäß dem Verfahren hergestelltes Leuchtmodul 100 in der Aufsicht gezeigt. Aufgrund der balkenförmigen Struktur können die Leuchtmodule 100 auch als Lightbars bezeichnet werden.
Zum Herstellen einer Hinterleuchtungsvorrichtung 105 (BLU, Backlight Unit) kann ein auf diese Weise gefertigtes Leuchtmodul 100, wie in 14 dargestellt ist, mit einem plattenförmigen Lichtleiter 170 kombiniert werden. 14 zeigt das betreffende Leuchtmodul 100 von der Seite. Der plattenförmige Lichtleiter 170 weist zwei entgegen gesetzte Hauptseiten auf, von welcher die in 14 in der Aufsicht gezeigte Hauptseite mit dem Bezugszeichen 171 gekennzeichnet ist. Des Weiteren weist der in der Aufsicht reckteckförmige Lichtleiter 170 am Rand vier die Hauptseiten verbindende Randseiten auf. Hiervon wird eine Randseite 172 zur Ankopplung an das Leuchtmodul 100 genutzt.
Das Leuchtmodul 100 ist zu diesem Zweck über die Abdeckung 150 mit der betreffenden Randseite 172 des Lichtleiters 170 verbunden. Der Lichtleiter 170 kann wie die Abdeckung 150 des Leuchtmoduls 100 ein Thermoplast aufweisen, wodurch auch das Verbinden der Abdeckung 150 und des Lichtleiters 170 mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses erfolgen kann. In 14 ist in dieser Hinsicht ebenfalls ein mit Hilfe eines Laserstrahls 190 durchgeführtes Laserschweißen angedeutet. Alternativ sind auch ein Ultraschallschweißen, oder auch ein Verbinden unter Verwendung eines Klebstoffs denkbar.
Im Betrieb der Hinterleuchtungsvorrichtung 105 kann die von bzw. in dem Leuchtmodul 100 erzeugte weiße Lichtstrahlung, welche von dem Konversionsmaterial 140 abgegeben wird, in die Abdeckung 150 eingekoppelt, und damit über die Abdeckung 150 und die hiermit verbundene Randseite 172 des Lichtleiters 170 in den Lichtleiter 170 eingekoppelt werden. Über die Hauptseite bzw. Vorderseite 171 des plattenförmigen Lichtleiters 170 kann die Lichtstrahlung von diesem wieder abgegeben werden. Auf diese Weise kann die Hinterleuchtungsvorrichtung 105 zum Beleuchten einer Flüssigkristallanzeige (LCD, Liquid Crystal Display) verwendet werden (jeweils nicht dargestellt).
Der Aufbau des gemäß dem Verfahren hergestellten Leuchtmoduls 100 erweist sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft. Wie oben angegeben wurde, lassen sich die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 mit einer hohen Positioniergenauigkeit auf dem Substrat 110 anordnen. In entsprechender Weise befinden sich die Halbleiterchips 130 bei dem Leuchtmodul 100 mit einer hohen Genauigkeit an vorgegebenen Positionen. Hierdurch ist es möglich, eine effiziente Einkopplung von mit Hilfe des Leuchtmoduls 100 erzeugter Lichtstrahlung in den Lichtleiter 170 zu erzielen.
Durch die Verbindung der Abdeckung 150 des Leuchtmoduls 100 mit dem Lichtleiter 170 ist eine direkte optische Schnittstelle zwischen diesen beiden Komponenten 100, 170 verwirklicht. Dies trägt ebenfalls zu einer effizienten Strahlungseinkopplung bei.
Aufgrund dieser Eigenschaften kann zum Herstellen der in 14 gezeigten Hinterleuchtungsvorrichtung 105 ein dünner bzw. dünnster Lichtleiter 170 zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann der verwendete Lichtleiter 170 eine Lichtleiterdicke (welche im Bereich der Randseite 172 vorliegt) von 0,2mm aufweisen.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass bei einer hohen Temperatur durchgeführte Prozesse wie zum Beispiel SMT-Montageprozesse (Surface Mounting Technology), welche bei der Herstellung herkömmlicher Leuchteinrichtungen mit oberflächenmontierbaren LED-Packages zum Einsatz kommen, vermieden werden. Dadurch ist es möglich, temperaturbedingte Materialeinschränkungen zum umgehen. Für die Herstellung eines Leuchtmoduls 100 stehen infolgedessen eine Vielzahl an Materialien zur Verfügung.
Darüber hinaus lässt sich das oben beschriebene Herstellungsverfahren auf einfache und kostengünstige Weise durchführen. Dies liegt u.a. daran, dass die hergestellten Leuchtmodule 100 im Vergleich zu herkömmlichen Leuchteinrichtungen eine kleinere Anzahl an Komponenten und Materialien aufweisen.
Im Folgenden werden weitere mögliche Varianten und Abwandlungen eines Verfahrensablaufs zur Herstellung von Leuchtmodulen beschrieben. Übereinstimmende Merkmale und Aspekte sowie gleiche und gleich wirkende Komponenten werden hierbei nicht erneut detailliert beschrieben. Für Details hierzu wird stattdessen auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Des Weiteren ist es möglich, dass ein in Bezug auf eine Ausführungsform beschriebenes Merkmal bzw. Detail auch für eine andere Ausführungsform zutreffen kann bzw. dass Merkmale von mehreren Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können.
Die 15 bis 25 zeigen anhand von Aufsichtsdarstellungen und seitlichen Darstellungen ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls 101. Bei diesem Verfahren wird in entsprechender Weise ein zusammenhängender Leuchtmodul-Verbund gefertigt und nachfolgend in längliche, balkenförmige Leuchtmodule 101 vereinzelt. Der Verfahrensablauf macht es möglich, die Leuchtmodule 101 mit einer im Vergleich zu den Leuchtmodulen 100 kleineren Breite auszubilden. Daher können, bei übereinstimmenden lateralen Abmessungen eines verwendeten Substrats 110, eine größere Anzahl an Leuchtmodulen 101 pro Substrat 110 und damit pro Verbund gefertigt werden.
Bei dem Verfahren werden ebenfalls Schritte wie das Bereitstellen eines Substrats 110 und das vorderseitige Anordnen einer Trägerstruktur 120 auf dem Substrat 110 durchgeführt. Das mit der Trägerstruktur 120 versehene Substrat 110 ist in 15 in der Aussicht und in 16 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Die Schnittebene bezieht sich auf die in 15 angedeutete Schnittlinie. Diese Darstellung ist auch für die nachfolgenden Figuren gewählt.
Das Substrat 110 weist elektrische Leiterstrukturen auf. Hiervon sind lediglich in einem Randbereich auf der Vorderseite des Substrats 110 angeordnete Kontaktelemente 115 dargestellt. Die Kontaktelemente 115 können in Form von flächigen und zum Stecken geeigneten Metallisierungen verwirklicht sein. Für jedes herzustellende Leuchtmodul 101 weist das Substrat 110 zwei Kontaktelemente 115 auf. Aufgrund der oben beschriebenen Möglichkeit, eine größere Anzahl an Leuchtmodulen 101 pro Verbund zu fertigen, kann das in 15 gezeigte Substrat 110 im Vergleich zu der in 1 gezeigten Ausgestaltung eine größere Anzahl und näher zueinander angeordnete Kontaktelemente 115 aufweisen.
Das Substrat 110 kann ferner mit den Kontaktelementen 115 verbundene Leiterbahnen sowie Anschlusselemente aufweisen (nicht dargestellt). Des Weiteren kann das Substrat 110 zum Beispiel in Form einer Leiterplatte oder auch in Form eines FEC-Substrats verwirklicht sein.
Die auf dem Substrat 110 angeordnete Trägerstruktur 120 ist in Form einer Schicht verwirklicht und weist eine Struktur aus länglichen und parallel zueinander verlaufenden Ausnehmungen 125 auf. Im Bereich der Ausnehmungen 125 und im Randbereich des Substrats 110 mit den Kontaktelementen 115 liegt die Vorderseite des Substrats 110 frei. Die Trägerstruktur 120 bildet eine die Ausnehmungen 125 rahmenförmig umschließende Wandstruktur. Im Vergleich zu der in 3 gezeigten Ausgestaltung verlaufen die Ausnehmungen 125 in einer um 90° gedrehten Richtung, und damit parallel zu dem Randbereich des Substrats 110 mit den Kontaktelementen 115. Dies liegt daran, dass die Leuchtmodule 101 im Unterschied zu den Leuchtmodulen 100 nicht mit jeweils einer zugehörigen Ausnehmung 125 hergestellt werden. Stattdessen werden die Ausnehmungen 125 infolge des Vereinzelns auf die Leuchtmodule 101 verteilt (vgl. die 23 und 24).
Ansonsten gelten für die Trägerstruktur 120 oben beschriebene Merkmale, d.h. dass die Trägerstruktur 120 ein Thermoplast und reflektierende Partikel aufweist (nicht dargestellt). Auch kann die Trägerstruktur 120 mit Hilfe eines Formprozesses separat hergestellt und auf das Substrat 110 aufgeklebt, oder durch Durchführen eines Formprozesses auf dem Substrat 110 ausgebildet werden.
Anschließend werden, wie in den 17 und 18 dargestellt ist, ungehäuste strahlungsemittierende Halbleiterchips 130 in den Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 auf dem Substrat 110 angeordnet. In den Ausnehmungen 125 werden jeweils mehrere Halbleiterchips 130 nebeneinander platziert. Das Anordnen erfolgt ferner derart, dass für die zu fertigenden Leuchtmodule 101 mehrere Gruppen 135 aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips 130 gebildet werden. Hierbei sind die linear angeordneten Halbleiterchips 130 einer Gruppe 135 jeweils auf sämtliche Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 verteilt. Von oben betrachtet erstreckt sich daher jede der Halbleiterchip-Gruppen 135 senkrecht zu den länglichen Ausnehmungen 125 (also vertikal in der Aufsichtsdarstellung von 17). Auf diese Weise befinden sich zwischen den Halbleiterchips 130 einer Gruppe 135 jeweils Abschnitte der Trägerstruktur 120.
Die Chipmontage kann mit einer hohen Positioniergenauigkeit durchgeführt werden. Zur Befestigung der Halbleiterchips 130 auf dem Substrat 110 kann ein Klebstoff verwendet werden (nicht dargestellt). Im Rahmen der Chipmontage erfolgt ferner ein elektrisches Anschließen der Halbleiterchips 130 an die Leiterstrukturen des Substrats 110, was mit Hilfe von Bonddrähten 139 verwirklicht wird. Aufgrund der größeren Anzahl an Kontaktelementen 115 wird auf dem Substrat 110 von 17 im Unterschied zu 5 eine größere Anzahl an Halbleiterchips 130 und mit einer höheren Chipdichte angeordnet.
Für die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 gelten oben genannte Details wie eine mögliche Ausgestaltung in Form von Leuchtdiodenchips bzw. Volumenemittern, beispielsweise in Form von Saphirchips, welche zum Beispiel zum Erzeugen einer blauen Lichtstrahlung ausgebildet sind. Die Halbleiterchips 130 der zu fertigenden Leuchtmodule 101 können ebenfalls, wie in 17 gezeigt ist, in der Aufsicht eine Rechteckform mit unterschiedlich langen Seiten aufweisen. Die Halbleiterchips 130 werden hierbei derart auf dem Substrat 110 angeordnet, dass in den Halbleiterchip-Gruppen 135 die kürzeren Seiten der Halbleiterchips 130 einander zugewandt sind.
Das Verfahren kann derart abgewandelt werden, dass zuerst die Halbleiterchips 130 und anschließend die Trägerstruktur 120 auf dem Substrat 110 angeordnet werden. Hierzu kann die Trägerstruktur 120 mit Hilfe eines Formprozesses separat gefertigt und auf das Substrat 110 aufgeklebt werden.
Nachfolgend wird, wie in den 19 und 20 dargestellt ist, ein die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 verkapselndes Konversionsmaterial 140 auf dem Substrat 110 in den Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 aufgebracht. Mit Hilfe des Konversionsmaterials 140, welches ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial und Leuchtstoffpartikel aufweisen kann (nicht dargestellt), kann eine Konversion der primären Strahlung der Halbleiterchips 130, und damit das Erzeugen einer weißen Lichtstrahlung bewirkt werden. Das Konversionsmaterial 140 kann durch Vergießen oder mittels eines Formprozesses aufgebracht werden. Auch werden die Ausnehmungen 125, wie in 20 gezeigt ist, nicht vollständig mit dem Konversionsmaterial 140 verfüllt. Das Konversionsmaterial 140 kann ferner Seitenflächen der Trägerstruktur 120 bis zur Vorderseite benetzen, so dass das Konversionsmaterial 140 eine gekrümmte Oberflächenform aufweisen kann.
Im Anschluss hieran wird, wie in den 21 und 22 dargestellt ist, eine als Fenster bei den Leuchtmodulen 101 dienende strahlungsdurchlässige plattenförmige Abdeckung 150 auf der Trägerstruktur 120 angeordnet und mit dieser verbunden. Durch die Abdeckung 150 werden die innerhalb der Ausnehmungen 125 angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 und das Konversionsmaterial 140 überdeckt. Die Abdeckung 150 weist ein Thermoplast auf. Auf diese Weise können die Abdeckung 150 und die Trägerstruktur 120 mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses verbunden werden. 21 veranschaulicht beispielhaft ein mit Hilfe eines Laserstrahls 190 durchgeführtes Laserschweißen. Möglich ist auch ein Ultraschallschweißen oder ein Kleben. Da das Konversionsmaterial 140 die Ausnehmungen 125 nicht vollständig ausfüllt, kann zwischen der Abdeckung 150 und dem Konversionsmaterial 140 wie in 22 gezeigt jeweils ein Luftspalt vorliegen. Dies ist aus thermomechanischen und optischen Gründen von Vorteil.
Nach dem Anbringen der Abdeckung 150 an der Trägerstruktur 120 liegt ein Verbund aus (noch) zusammenhängenden Leuchtmodulen 101 vor. Sofern gewünscht, kann in diesem Zustand eine optische Messung der über die Kontaktelemente 115 bestrombaren Leuchtmodule 101 durchgeführt werden.
Darüber hinaus wird der Leuchtmodul-Verbund entlang von senkrecht zu den Ausnehmungen 125 verlaufenden Trennlinien 195 durchtrennt, um vereinzelte Leuchtmodule 101 zu bilden. Dieser Prozess ist in 23 für eines der Leuchtmodule 101 angedeutet. Für das Vereinzeln werden das Substrat 110, die Trägerstruktur 120, das in den Ausnehmungen 125 enthaltene Konversionsmaterial 140 und die Abdeckung 150, zum Beispiel durch Sägen, durchtrennt. Die auf diese Weise gefertigten Leuchtmodule 101 besitzen eine längliche, balkenförmige Geometrie, und weisen durchtrennte Abschnitte des Substrats 100, der Trägerstruktur 120, des Konversionsmaterials 140 und der Abdeckung 150, zwei an einem Ende vorliegende Kontaktelemente 115 und eine Gruppe 135 aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips 130 auf.
Das Durchtrennen erfolgt relativ nahe an den Halbleiterchips 130 der Halbleiterchip-Gruppen 135, so dass die vereinzelten Leuchtmodule 101 eine Breite besitzen, welche geringfügig größer ist als eine Breite der Halbleiterchips 130. Daher bietet diese Verfahrensvariante die Möglichkeit, Halbleiterchips 130 mit einer großen lateralen Breite zu verwenden.
Die Trägerstruktur 120 wird derart durchtrennt, dass die vereinzelten Leuchtmodule 101 nur noch separate und nicht miteinander zusammenhängende Abschnitte der Trägerstruktur 120 aufweisen. Diese Abschnitte der Trägerstruktur 120 sind zwischen den Halbleiterchips 130 und an den Enden der Leuchtmodule 101 bzw. an den Enden der Halbleiterchip-Gruppen 135 der Leuchtmodule 101 vorhanden. Das Konversionsmaterial 140 wird ebenfalls derart durchtrennt, dass die einzelnen Leuchtmodule 101 separate Abschnitte des Konversionsmaterials 140 aufweisen. Zur besseren Veranschaulichung ist in 24 ein nach der Vereinzelung vorliegendes Leuchtmodul 101 in der Aufsicht gezeigt.
Im Unterschied zu den Leuchtmodulen 100, bei welchen die durchtrennte Trägerstruktur 120 die zugehörigen Halbleiterchips 130 und das Konversionsmaterial 140 rahmenförmig umschließt (vgl. 13), kann bei den nach dem Vereinzeln vorliegenden Leuchtmodulen 101 aufgrund des Fehlens dieser Ausgestaltung im Betrieb auch eine seitliche Strahlungsabgabe über die Längsseiten erfolgen. Zum Vervollständigen der Leuchtmodule 101 wird daher in einem weiteren Schritt jeweils eine reflektierende Schicht 160 an den beiden Längsseiten der balkenförmigen Leuchtmodule 101 angeordnet, wie es in 25 für ein Leuchtmodul 101 dargestellt ist. Hierdurch kann die seitliche Strahlungsabgabe unterbunden werden. Die reflektierende Schicht 160, welche in Form eines dünnen Films bzw. in Form einer dünnen Folie vorliegen kann, kann zum Beispiel ein mit reflektierenden Partikeln (beispielsweise TiO2-Partikeln) gefülltes Kunststoffmaterial bzw. Thermoplast aufweisen (nicht dargestellt). Ein mögliches Beispiel hierfür ist PET (Polyethylenterephthalat). Die Schicht 160 kann separat gefertigt und auf die Leuchtmodule 101 aufgeklebt bzw. laminiert werden.
Zum Herstellen einer Hinterleuchtungsvorrichtung 106 kann ein auf diese Weise gefertigtes Leuchtmodul 101, wie in 26 dargestellt ist, mit einem plattenförmigen Lichtleiter 170 kombiniert werden. Hierbei wird das Leuchtmodul 101 über dessen Abdeckung 150 mit einer Randseite 172 des plattenförmigen Lichtleiters 170 verbunden. Sofern auch der Lichtleiter 170 wie die Abdeckung 150 ein Thermoplast aufweist, kann das Verbinden mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses durchgeführt werden. In 26 ist beispielhaft ein mit Hilfe eines Laserstrahls 190 durchgeführtes Laserschweißen gezeigt. Möglich ist auch ein Ultraschallschweißen oder Kleben.
Das Anordnen der reflektierenden Schicht 160 an den Längsseiten eines Leuchtmoduls 101 kann nach dem Vereinzeln und damit vor dem Verbinden des Leuchtmoduls 101 mit dem Lichtleiter 170 durchgeführt werden. Möglich ist auch eine umgekehrte Reihenfolge, d.h. dass zuerst das Leuchtmodul 101 über dessen Abdeckung 150 mit dem Lichtleiter 170 verbunden wird und nachfolgend die Längsseiten des Leuchtmoduls 101 mit der reflektierenden Schicht 160 versehen werden.
Im Betrieb der Hinterleuchtungsvorrichtung 106 kann eine Einkopplung der von dem Leuchtmodul 101 erzeugten weißen Lichtstrahlung über die mit der Abdeckung 150 verbundene Randseite 172 des Lichtleiters 170 in den Lichtleiter 170 erfolgen. Über eine Hauptseite 171 des Lichtleiters 170 kann die Lichtstrahlung wieder von dem Lichtleiter 170 abgegeben werden. Auf diese Weise kann die Hinterleuchtungsvorrichtung 106 zum Beleuchten einer Flüssigkristallanzeige dienen (jeweils nicht dargestellt).
Der Aufbau des Leuchtmoduls 101 mit den ortsgenau auf dem Substrat 110 positionierten Halbleiterchips 130 und die direkte Verbindung des Leuchtmoduls 101 mit dem Lichtleiter 170 ermöglicht eine effiziente Strahlungseinkopplung in den Lichtleiter 170. Daher kann auch in dieser Ausgestaltung ein relativ dünner Lichtleiter 170 mit einer Lichtleiterdicke von zum Beispiel 0,2mm zum Einsatz kommen. Weitere mögliche Vorteile des Verfahrens sind ein Umgehen von Materialeinschränkenden sowie die Möglichkeit, das Verfahren auf einfache und kostengünstige Weise durchzuführen.
Wie oben angedeutet wurde, kann eine strahlungsdurchlässige Abdeckung 150 zum Einsatz kommen, welche an der den Halbleiterchips 130 zugewandten Seite eine Struktur aufweist. Die Verwendung einer solchen Abdeckung 150, was für die Herstellung der oben beschriebenen Leuchtmodule 100, 101 in Betracht kommen kann, ermöglicht je nach Ausgestaltung der Struktur eine verbesserte Strahlungseinkopplung in die als Fenster dienende Abdeckung 150 und/oder eine verbesserte Strahlungsverteilung. Auf diese Weise kann die Effizienz eines Leuchtmoduls 100, 101 weiter begünstigt werden. Auch kann erzielt werden, dass die von einem Leuchtmodul 100, 101 über die Abdeckung 150 abgegebene und in einen Lichtleiter 170 eingekoppelte Lichtstrahlung eine hohe Farborthomogenität besitzt.
Zur Veranschaulichung dieses Aspekts sind in den 27 bis 30 ausschnittsweise und in der Aufsicht mögliche Beispiele einer Abdeckung 150 mit einer Struktur 151, 152, 153, 154 dargestellt. Die in 27 gezeigte Abdeckung 150 weist eine Struktur 151 in Form einer Anordnung aus asphärischen Linsen auf. 28 veranschaulicht eine Struktur 152 mit linearen fresnelförmigen Strukturelementen, und 29 zeigt eine Struktur 153 mit kreisförmigen fresnelförmigen Strukturelementen. Die in 30 dargestellte Abdeckung 150 weist eine Struktur 154 in Form einer willkürlichen bzw. zufälligen Oberflächentextur auf. Eine solche Textur kann zum Beispiel durch elektroerosives Bearbeiten (EDM, Electrical Discharge Machining) erzeugt werden. Neben diesen Strukturen können auch weitere nicht dargestellte Strukturen zur Anwendung kommen, zum Beispiel eine Mottenaugenstruktur.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Leuchtmodulherstellung derart erfolgen, dass zwischen der Abdeckung 150 und dem Konversionsmaterial 140 jeweils ein Luftspalt vorliegt (vgl. die 10 und 22). Dies führt zu einem entsprechenden Brechungsindexunterschied, so dass die jeweils ausgebildete Struktur der Abdeckung 150, welche an der den Halbleiterchips 130 bzw. dem Konversionsmaterial 140 zugewandten Seite der Abdeckung 150 vorhanden ist, optisch wirksam sein kann.
Die bei den Leuchtmodulen 100, 101 verwendeten Halbleiterchips 130 können wie oben angegeben Volumenemitter sein. Anstelle von Volumenemittern können auch Oberflächenemitter zum Einsatz kommen, bei denen eine Strahlungsemission lediglich über eine Vorderseite stattfindet. Derartige Halbleiterchips 130, welche zum Beispiel in Form von Dünnfilm-Chips verwirklicht sind, weisen in der Regel ein strahlungsabsorbierendes Chipsubstrat auf. Damit es hierdurch nicht zu Effizienzeinbußen kommt, kann die im Folgenden beschriebene Ausgestaltung für die Leuchtmodule 100, 101 in Betracht kommen.
31 zeigt einen Ausschnitt eines Leuchtmoduls 100 bzw. 101, welches mit strahlungsemittierenden Halbleiterchips 130 in Form von Oberflächenemittern verwirklicht ist. Um eine störende Strahlungsabsorption an Seitenflanken der Halbleiterchips 130 bzw. an deren Chipsubstraten zu vermeiden, weist das Leuchtmodul 100, 101 eine die Halbleiterchips 130 lateral umschließende und bis zur Vorderseite der Halbleiterchips 130 reichende reflektierende Schicht 165 auf. Die reflektierende Schicht 165 kann ein strahlungsdurchlässiges Grundmaterial wie zum Beispiel Silikon und darin enthaltene reflektierende Partikel, zum Beispiel aus TiO2, umfassen (nicht dargestellt).
Die Herstellung kann vergleichbar zu den oben beschriebenen Verfahrensabläufen erfolgen. Allerdings wird vor dem Aufbringen des Konversionsmaterials 140 die reflektierende Schicht 165 auf dem Substrat 110 in den Ausnehmungen 125 der Trägerstruktur 120 seitlich der Halbleiterchips 130 ausgebildet. Dies lässt sich zum Beispiel durch tröpfchenförmiges Aufbringen von Material der reflektierenden Schicht 165 mit Hilfe einer Druckvorrichtung durchführen (Jetting). Anschließend erfolgen das Aufbringen des Konversionsmaterials 140 und die weiteren der oben erläuterten Prozesse. Das Konversionsmaterial 140 wird hierbei auf der reflektierenden Schicht 165 und auf den Halbleiterchips 130 aufgebracht.
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 Merkmale umfassen können. Es ist zum Beispiel möglich, anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien zu verwenden. Auch können Leuchtmodule gefertigt werden, welche abweichend von den in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen eine andere Anzahl an in einer Reihe nebeneinander angeordneten Halbleiterchips 130 aufweisen.
Anstelle von Halbleiterchips 130 mit zwei Vorderseitenkontakten, wie sie in den Figuren angedeutet sind, können auch Halbleiterchips mit einem anderen Aufbau, zum Beispiel mit einem Vorderseitenkontakt und einem Rückseitenkontakt, oder auch mit zwei Rückseitenkontakten, zum Einsatz kommen. In dieser Ausgestaltung können die Rückseitenkontakte dazu genutzt werden, um die Halbleiterchips elektrisch und mechanisch mit entsprechend ausgebildeten Leiterstrukturen eines Substrats 110 zu verbinden. Hierbei lässt sich eine Verbindung über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff oder auch über ein Lotmittel verwirklichen. Vorderseitenkontakte (sofern vorhanden) können wie oben angegeben über Bonddrähte 139 an die Leiterstrukturen angeschlossen werden.
In den Figuren ist eine Ausgestaltung eines Substrats 110 veranschaulicht, bei welcher die Kontaktelemente 115 lediglich auf einer Seite bzw. Vorderseite des Substrats 110 angeordnet sind (vgl. die 14 und 26). Auch weitere Bestandteile der dazugehörigen Leiterstrukturen wie Leiterbahnen können lediglich auf einer Seite bzw. Vorderseite des Substrats 110 vorhanden sein. Hiervon abweichend ist auch eine Bauform mit beidseitig (d.h. vorder- und rückseitig) auf dem Substrat 110 angeordneten Leiterstrukturen bzw. beidseitig angeordneten Kontaktelementen 115 denkbar. In einer solchen Ausgestaltung kann das Substrat 110 ferner mit sich senkrecht durch das Substrat 110 erstreckenden Durchkontaktierungen ausgebildet sein.
Bei dem Konversionsmaterial 140 der hergestellten Leuchtmodule können die Leuchtstoffpartikel gleichmäßig verteilt in dem zugehörigen Grundmaterial enthalten sein, so dass eine Volumenkonversion bewirkt werden kann. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Leuchtstoffpartikel in Richtung des Substrats 110 bzw. der Halbleiterchips 130 konzentriert vorliegen. Dies lässt sich zum Beispiel durch ein Sedimentieren der Leuchtstoffpartikel nach einem Aufbringen des mit den Leuchtstoffpartikeln gefüllten Grundmaterials verwirklichen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele 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.
Bezugszeichenliste

100, 101: Leuchtmodul
105, 106: Hinterleuchtungsvorrichtung
110: Substrat
115: Kontaktelement
116: Leiterbahn
120: Trägerstruktur
125: Ausnehmung
130: Halbleiterchip
135: Gruppe
139: Bonddraht
140: Konversionsmaterial
150: Abdeckung
151, 152: Struktur
153, 154: Struktur
160: reflektierende Schicht
165: reflektierende Schicht
170: Lichtleiter
171: Hauptseite
172: Randseite
190: Laserstrahl
195: Trennlinie

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls (100, 101) für eine Hinterleuchtungsvorrichtung (105, 106), umfassend: Bereitstellen eines Substrats (110); Bereitstellen einer Trägerstruktur (120) auf dem Substrat (110); Anordnen von strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) auf dem Substrat (110), wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) eine Gruppe (135) aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) umfassen; Anordnen einer strahlungsdurchlässigen Abdeckung (150) auf der Trägerstruktur (120), wobei die Abdeckung (150) die strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) überdeckt; und Durchtrennen des Substrats (110), der Trägerstruktur (120) und der Abdeckung (150) zum Separieren des Leuchtmoduls (100, 101), wobei das separierte Leuchtmodul (100, 101) die Gruppe (135) aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Aufbringen eines Konversionsmaterials (140) zur Strahlungskonversion im Bereich der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) vor dem Anordnen der Abdeckung (150) auf der Trägerstruktur (120).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerstruktur (120) und/oder die Abdeckung (150) ein Thermoplast aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anordnen der Abdeckung (150) auf der Trägerstruktur (120) ein Verbinden der Abdeckung (150) und der Trägerstruktur (120) mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses, insbesondere Laserschweißen oder Ultraschallschweißen, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (150) an einer den strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) zugewandten Seite eine Struktur (151, 152, 153, 154) zur Verbesserung einer Strahlungseinkopplung und/oder Strahlungsverteilung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) des separierten Leuchtmoduls (100) in einer Ausnehmung (125) der Trägerstruktur (120) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) des separierten Leuchtmoduls (101) Abschnitte der Trägerstruktur (120) vorliegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Anordnen einer reflektierenden Schicht (160) an Längsseiten des separierten Leuchtmoduls (101).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf dem Substrat (110) angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) mehrere Gruppen (135) aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) umfassen, und wobei durch das Durchtrennen mehrere separierte Leuchtmodule (100, 101) gebildet werden, welche jeweils eine Gruppe (135) aus in einer Reihe nebeneinander angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf dem Substrat (110) bereitgestellte Trägerstruktur (120) mehrere längliche und parallel zueinander verlaufende Ausnehmungen (125) zum Aufnehmen der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Durchtrennen entlang von parallel zu den Ausnehmungen (125) verlaufenden Trennlinien (195) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Durchtrennen entlang von senkrecht zu den Ausnehmungen (125) verlaufenden Trennlinien (195) durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Hinterleuchtungsvorrichtung (105, 106), wobei ein Leuchtmodul (100, 101) durch Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wird, und wobei die Abdeckung (150) des Leuchtmoduls (100, 101) mit einer Randseite (172) eines plattenförmigen Lichtleiters (170) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abdeckung (150) des Leuchtmoduls (100, 101) und die Randseite (172) des Lichtleiters (170) mit Hilfe eines thermischen Fügeprozesses, insbesondere Laserschweißen oder Ultraschallschweißen, verbunden werden.
Leuchtmodul (100, 101) für eine Hinterleuchtungsvorrichtung (105, 106), hergestellt durch Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend: ein Substrat (110); eine auf dem Substrat (110) angeordnete Trägerstruktur (120); eine Gruppe (135) aus in einer Reihe nebeneinander auf dem Substrat (110) angeordneten strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130); und eine mit der Trägerstruktur (120) verbundene strahlungsdurchlässige Abdeckung (150), welche die strahlungsemittierenden Halbleiterchips (130) überdeckt.