DE102015106367A1

DE102015106367A1 - Lumineszenzdiodenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung

Info

Publication number: DE102015106367A1
Application number: DE102015106367.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Singer; Jürgen Moosburger; Norwin von Malm; Georg Dirscherl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2035-04-25
Also published as: WO2016170151A2; WO2016170151A3; DE102015106367B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lumineszenzdiodenanordnung (1) aufweisend zumindest einen ersten Lumineszenzdiodenchip (2) mit einer ersten Strahlungsaustrittsfläche (3), der über die Strahlungsaustrittsfläche (3) zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, zumindest ein Hybridpolymer (4), dass im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) angeordnet ist, wobei das Hybridpolymer (4) organische und anorganische Bereiche aufweist, die kovalent miteinander verbunden sind, wobei das Hybridpolymer (4) thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt ist, wobei die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) und das Hybridpolymer (4) in direktem mechanischem Kontakt stehen.

Description

Es wird eine Lumineszenzdiodenanordnung angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lumineszenzdiodenanordnung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Lumineszenzdiodenanordnung anzugeben, die besonders energieeffizient Strahlung emittiert.
Diese Aufgabe wird durch eine Lumineszenzdiodenanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verbundes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 12 bis 15.
In mindestens einer Ausführungsform weist die Lumineszenzdiodenanordnung zumindest einen ersten Lumineszenzdiodenchip mit einer ersten Strahlungsaustrittsfläche auf. Über die erste Strahlungsaustrittsfläche ist der erste Lumineszenzdiodenchip zur Emission von Strahlung eingerichtet oder befähigt. Die Lumineszenzdiodenanordnung weist ein Hybridpolymer auf. Das Hybridpolymer ist im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Das Hybridpolymer weist organische und anorganische Bereiche auf. Die organischen und anorganischen Bereiche sind kovalent miteinander verbunden.
Das Hybridpolymer ist thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt. Das Hybridpolymer und die erste Strahlungsaustrittsfläche stehen in direktem mechanischem Kontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lumineszenzdiodenanordnung mehr als einen Lumineszenzdiodenchip, beispielsweise neben dem ersten einen zweiten, dritten oder mehr als drei Lumineszenzdiodenchips auf. Der Lumineszenzdiodenchip oder die Lumineszenzdiodenchips, beispielsweise der erste Lumineszenzdiodenchip, umfassen jeweils eine Halbleiterschichtenfolge. Die in der Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien sind nicht beschränkt, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz aufweisen. Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silicium, Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien basieren. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des ersten oder anderen Lumineszenzdiodenchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Lumineszenzdiodenchip oder weiteren Lumineszenzdiodenchips jeweils um eine Leuchtdiode, kurz LED. Der Lumineszenzdiodenchip ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues oder weißes Licht zu emittieren.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass unter Lumineszenzdiodenanordnung nicht nur fertige Bauelemente, wie beispielsweise fertige LEDs oder Laserdioden zu verstehen sind, sondern auch Substrate und/oder Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein Verbund einer Kupferschicht und einer Halbleiterschicht eine Lumineszenzdiodenanordnung darstellen und einen Bestandteil einer übergeordneten zweiten Lumineszenzdiodenanordnung bilden kann, indem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Der erfindungsgemäße erste Lumineszenzdiodenchip oder weitere Lumineszenzdiodenchips können beispielsweise ein Dünnfilmhalbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilmleuchtdiodenchip, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Lumineszenzdiodenchip eine erste Strahlungsaustrittsfläche auf. Die erste Strahlungsaustrittsfläche ist senkrecht zu einer Wachstumsrichtung einer Halbleiterschichtenfolge des ersten Lumineszenzdiodenchips orientiert. Bevorzugt sendet die Halbleiterschichtenfolge des ersten Lumineszenzdiodenchips Strahlung, insbesondere elektromagnetische Strahlung aus dem violetten (≤ 425 nm) oder blauen Wellenlängenbereich (460 nm bis 480 nm) aus, wobei diese Strahlung über die erste Strahlungsaustrittsfläche aus dem ersten Lumineszenzdiodenchip ausgekoppelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips ein Hybridpolymer angeordnet. Das Hybridpolymer weist organische und anorganische Bereiche auf, die kovalent miteinander verbunden sind. Das Hybridpolymer weist insbesondere starke kovalente Bindungen zwischen anorganischen und organischen Bereichen auf. Auf diese Weise werden die Eigenschaften sehr gegensätzlicher Materialien, wie Glas oder Keramik, mit denen organischer Polymere oder Silikone auf molekularer Ebene verbunden. Das Hybridpolymer weist im Vergleich zu reinen polymeren Werkstoffen hervorragende optische Eigenschaften auf und besitzt durch seine chemische Struktur die Möglichkeit, dass es auf die jeweiligen Anforderungen maßgeschneidert werden kann.
Hier und im Folgenden wird unter Hybridpolymer auch eine Verbindung verstanden, die durch Vernetzung von funktionalen organischen Bereichen mit anorganischen Bereichen mittels chemischer Nanotechnologie hergestellt wurde. Insbesondere besteht das Hybridpolymer aus einem anorganisch basierenden Netzwerk (Silikon, Si-O-Si-Backbone) plus zusätzlich organischen Bereichen oder Anteilen oder Netzwerken. Die anorganischen Bereiche weisen in der Regel eine Teilchengröße im Bereich von 1 bis 10 nm, insbesondere von 2 bis 6 nm, beispielsweise 5 nm auf. Das Hybridpolymer hat dadurch sowohl Kunststoff als auch glasartige oder keramikähnliche Eigenschaften und lässt sich als Partikelschicht oder kompaktes Material einsetzen.
Hier und im Folgenden wird unter Hybridpolymer eine Verbindung verstanden, welche zum einen anorganische Bereiche aufweist, die üblicherweise über einen Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Die anorganischen Bereiche sind insbesondere Einheiten aus -Metall-Sauerstoff-, wie beispielsweise -Si-O- oder -Ti-O- oder -Zr-O-, wobei das Metall einfach, zweifach oder dreifach vernetzt sein kann und somit ein weniger oder stärker vernetztes Gerüst ausbilden kann. Sol-Gel-Prozess meint hier insbesondere Hydrolyse und Kondensation. Die organischen Bereiche im Makromolekül besitzen in der Regel funktionelle reaktive Gruppen. Diese funktionellen Gruppen sind insbesondere in räumlicher Nähe zueinander. Die funktionellen Gruppen sollen möglichst aus verschiedenen Bereichen vollständig miteinander vernetzen. Die organische Vernetzung, insbesondere eine Polymerisierung, kann beispielsweise über terminale C-C-Doppelbindungen, wie beispielsweise Vinyl oder Acrylat, stattfinden oder durch Hydrosilierung erfolgen.
Das Hybridpolymer kann beispielsweise auch als Nanokompositwerkstoff oder ORMOCER^® (ORganic MOdiefied CERamics) bezeichnet werden.
Das Hybridpolymer kann dann insbesondere als Nanokompositwerkstoff bezeichnet werden, wenn zusätzlich nanoskalige Partikel als Füllstoff eingearbeitet werden, um beispielsweise thermische Leitfähigkeit oder die Brechzahl des Werkstoffs zu erhöhen.
Neben anderen Strukturierungsmöglichkeiten stellen insbesondere die Nanoimprintlithografie und die Zwei-Photonenpolymerisation eine Möglichkeit dar, auch eine komplexe dreidimensionale Formgebung des Hybridpolymers zu realisieren. Das Hybridpolymer ist insbesondere kompatibel zu halbleiterüblichen Produktionsprozessen.
Das Hybridpolymer kann durch Synthese im Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Die Synthese erfolgt im Sol-Gel-Verfahren ausgehend von organisch modifizierten Alkoxysilanen und Metallalkoxiden. Die anorganische Vernetzung findet über Hydrolyse und Kondensationsreaktion der Alkoxygruppen statt. Der organische Netzwerkaufbau kann durch organische Vernetzungsreaktion der Epoxy-, Methacryl- oder Vinylgruppen erfolgen.
Das Hybridpolymer besitzt mit Vorteil eine hohe Alterungsbeständigkeit. Das Hybridpolymer gibt keine kurzkettigen volatilen und/oder antiadhäsiven Si-O-Anteile ab.
Das Hybridpolymer ist insbesondere hochtransparent. Unter hochtransparent ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass das Hybridpolymer mehr als 90 % der einfallenden Strahlung transmittiert, insbesondere mehr als 98 % der Strahlung durchlässt.
Das Hybridpolymer ist insbesondere chemisch stabil, thermisch stabil, transparent, hartelastisch und/oder leicht verarbeitbar bei milden Reaktionsbedingungen.
Das Hybridpolymer kann thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt werden. Insbesondere kann das Hybridpolymer bei Temperaturen kleiner 270 °C, insbesondere kleiner 150 °C, thermisch vernetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Hybridpolymer durch UV-Strahlung, also einer Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum von kleiner 400 nm, beispielsweise 375 nm, vernetzt werden. Bei der Vernetzung werden kovalente Bindungen zwischen den organischen und anorganischen Bereichen ausgebildet, so dass ein dreidimensionales Netzwerk entsteht.
Das Hybridpolymer kann entweder über übliche UV-Lithografie belichtet und damit thermisch und/oder strahlenvernetzt werden. Das Hybridpolymer kann alternativ oder zusätzlich mittels Laser Direct Imaging (LDI) oder UV-Molding verarbeitet werden. UV-Molding bezeichnet hier insbesondere eine Kombination aus einem Molding-Verfahren und UV-Belichtung zur Vernetzung des Hybridpolymers. Zur thermischen Vernetzung oder Strukturierung des Hybridpolymers können je nach Viskosität des Ausgangsmaterials verschiedene Verfahren zur Verarbeitung eingesetzt werden, beispielsweise Molding oder Jetting.
Die oben genannten Verfahren können auch kombiniert werden. Beispielsweise können das Molding mit einem strukturiertem transparentem Moldwerkzeug, beispielsweise einem Stempel, und die Belichtung mittels LDI, beispielsweise eines Lasers, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Hybridpolymer aus einer Gruppe ausgewählt, die unter den Handelsnamen Ormorcor, Ormorclad, Ormorclear, Ormorcomp, Ormorstamp, Ormorclear10, Ormorclear30 umfasst. Diese Hybridpolymere sind käuflich erwerbbar, beispielsweise bei Micro Resist Technology GmbH.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Ormorclear als Hybridpolymer verwendet. Insbesondere wird Ormorclear10 und/oder Ormorclear30 verwendet. Ormorclear zeichnet sich durch eine hohe Transparenz im sichtbaren und nahen UV-Bereich aus. Ormorclear weist eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf. Insbesondere weist Ormorclear eine thermische Stabilität bis zu 270 °C auf. Die spezifische Rauigkeit des Ormorclears ist < 5 nm. Der CTE-Wert (20 bis 100 °C) entspricht ungefähr 130 ppm·K^–1. Ormorclear weist im Bereich von 400 nm bis 750 nm einen Brechungsindex von 1,55 bis 1,58 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Ormorclear als UV-strukturierbares Hybridpolymer zur Anwendung in der Leuchtdiode verwendet. Ormorclear kann mit UV-Lithografie und/oder UV-Molding strukturiert und damit vernetzt werden. Ormorclear zeigt keinen Gewichtsverlust bis 270 °C. Ormorclear ist bis zu sechs Monaten lagerbar und kann bei Raumtemperatur leicht auf eine Oberfläche aufgedruckt oder aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird als Hybridpolymer Ormorcomp verwendet. Ormorcomp ist ein UV-härtbares Hybridpolymer. Ormorcomp ist UV-strukturierbar. Ormorcomp kann mittels Lithografie und/oder Prägemethoden strukturiert werden. Ormorcomp härtet schnell aus und schrumpft während der Härtung nur lediglich um 5 bis 7 Vol.-%. Ormorcomp ist thermisch stabil bis 270 °C. Ormorcomp ist sechs Monate haltbar und lösungsmittelfrei. Ormorcomp zeigt einen Brechungsindex bei 635 nm von 1,518. Ormorcomp verhält sich thermisch wie ein Duromer. Ormorcomp weist einen CTE (20 bis 100 °C) von 60 ppm·K^–1 auf. Des Weiteren ist Ormorcomp thermostabil und zeigt einen Gewichtsverlust von kleiner als 5 % bis 270 °C bei einer Aufheizrate von 5 K/min.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke ausgeformt. Unter einheitlicher Schichtdicke ist eine Schicht mit konstanter Dicke mit einer Toleranz von maximal 10 %, insbesondere 2 %, von der mittleren Schichtdicke zu verstehen. Die Schichtdicke der Hybridpolymerschicht kann zwischen 20 und 200 µm, beispielsweise 100 µm, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Hybridpolymer unmittelbar auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche erzeugt. Insbesondere stehen Hybridpolymer und erste Strahlungsaustrittsfläche in direktem mechanischen Kontakt zueinander. Hier und im Folgenden meint direkt mechanischer Kontakt, dass die erste Strahlungsaustrittsfläche unmittelbar an dem Hybridpolymer angeordnet ist. Es sind also keine weiteren Schichten oder Elemente, beispielsweise eine Klebeschicht, zwischen Hybridpolymer und erster Strahlungsaustrittsfläche angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als vorgefertigte Folie oder Plättchen ausgeformt. Die Schichtdicke der Folie kann zwischen 20 und 100 µm, beispielsweise 50 µm, sein. Das Plättchen kann eine Schichtdicke zwischen 110 und 200 µm aufweisen. Die vorgefertigte Folie oder das Plättchen wird nicht direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche erzeugt, sondern separat an einem anderen Ort gefertigt und anschließend in einem sogenannten „Pick-and-Place“-Prozess auf die erste Strahlungsaustrittfläche aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als optisches Bauteil ausgebildet. Insbesondere kann das Hybridpolymer jede beliebige Form annehmen, beispielsweise als Linse oder Gehäuse ausgeformt sein. Insbesondere wird das optische Bauteil in-Situ direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche, beispielsweise im Molding-Verfahren, erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als Fresnellinse ausgeformt. Die Fresnellinse ist dabei direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche des ersten Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Damit sind mit Vorteil keine Haftschichten zwischen dem Hybridpolymer und der ersten Strahlungsaustrittsfläche notwendig. Dies spart Kosten, Material und Ressourcen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet das Hybridpolymer eine dielektrische Schicht.
Durch die Verwendung von Hybridpolymeren auf dem ersten Lumineszenzdiodenchip können Dickenunterschiede zu benachbarten Lumineszenzdiodenchips ausgeglichen werden. Das Hybridpolymer bildet dabei insbesondere eine Abstandsschicht. Weist beispielsweise der benachbarte Lumineszenzdiodenchip aufgrund einer zusätzlichen Konverterschicht in Querschnitt und Seitenansicht eine größere Dicke auf, so kann durch das Aufbringen des Hybridpolymers auf die erste Strahlungsaustrittsfläche des ersten Lumineszenzdiodenchips dieser Dicken- oder Höhenunterschied ausgeglichen werden, sodass die Dicke des ersten Lumineszenzdiodenchips mit dem Hybridpolymer der Dicke des benachbarten Lumineszenzdiodenchips entspricht. Entspricht bedeutet hier und im Folgenden, dass sich die beiden Dickenwerte maximal um 10 %, insbesondere 5 % oder 3 %, voneinander unterscheiden. Damit kann mit Vorteil eine Lumineszenzdiodenanordnung erzeugt werden, die eine einheitliche Dicke aufweist und damit leicht weiterverarbeitet werden kann.
Das Hybridpolymer kann leicht und schnell auf die erste Strahlungsaustrittfläche in jeder beliebigen Dicke aufgebracht werden. Damit werden aufwendig hergestellte und geklebte Glasplättchen als Abstandshalter unnötig, die erst in einem separaten und aufwendigen Schritt auf die jeweilige Dicke angepasst werden müssen. Dies spart bei Verwendung des Hybridpolymers Zeit, Ressourcen und Kosten bei der seriellen Herstellung. Zudem müssen Glasplättchen mittels einer Klebeschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche befestigt werden. Aufgrund der Brechungsindexunterschiede zwischen dem Glasplättchen und der Klebeschicht entstehen mehr Grenzflächen, die die Auskoppeleffizienz reduziert im Vergleich zu einer direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche aufgebrachten Hybridpolymerschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke ausgeformt und bedeckt die erste Strahlungsaustrittsfläche vollständig. Mit vollständig bedeckt ist hier und im Folgenden gemeint, dass die Hybridpolymerschicht mehr als 95 %, insbesondere mehr als 99 %, der ersten Strahlungsaustrittsfläche bedeckt. Die Hybridpolymerschicht ist lediglich auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche angeordnet, wobei Seitenflächen des ersten Lumineszenzdiodenchips frei von dem Hybridpolymer sind. Mit Seitenflächen des Lumineszenzdiodenchips werden die senkrecht zur ersten Strahlungsaustrittsfläche angeordneten Seiten des Lumineszenzdiodenchips verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lumineszenzdiodenanordnung ein Substrat auf. Das Substrat kann Glas, Quarz, Kunststofffolien, Metall, Metallfolien, Siliziumwafer oder ein anderes geeignetes Substratmaterial umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auf dem Substrat der erste und ein zweiter Lumineszenzdiodenchip angeordnet. Der zweite Lumineszenzdiodenchip weist eine zweite Strahlungsaustrittsfläche auf. Die zweite Strahlungsaustrittsfläche ist senkrecht zu einer Hableiterschichtenfolge des zweiten Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Über diese zweite Strahlungsaustrittsfläche kann der zweite Lumineszenzdiodenchip Strahlung emittieren. Dem zweiten Lumineszenzdiodenchip ist eine Lumineszenzkonversionsschicht nachgeordnet. Insbesondere ist die Lumineszenzkonversionsschicht direkt mechanisch mit der zweiten Strahlungsaustrittsfläche in Kontakt oder über eine Klebeschicht an der zweiten Strahlungsaustrittsfläche gebunden. Die Lumineszenzkonversionsschicht ist zur Konversion zumindest eines Teils der vom zweiten Lumineszenzdiodenchip emittierten Strahlung eingerichtet. Die Lumineszenzkonversionsschicht konvertiert insbesondere die die von dem zweiten Lumineszenzdiodenchip emittierte Strahlung vollständig. Es werden also 95 %, insbesondere mehr als 98 %, der von dem zweiten Lumineszenzdiodenchip emittierten Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt. Auf dem ersten Lumineszenzdiodenchip ist die Hybridpolymerschicht direkt nachgeordnet. Insbesondere bedeckt die Hybridpolymerschicht die erste Strahlungsaustrittsfläche vollständig. In Querschnitt und Seitenansicht auf die Lumineszenzdiodenanordnung weist der erste Lumineszenzdiodenchip zusammen mit der Hybridpolymerschicht eine Dicke d1 auf. In Querschnitt und Seitenansicht weist der zweite Lumineszenzdiodenchip zusammen mit der Lumineszenzkonversionsschicht eine Dicke d2 auf. Die Dicke d1 und die Dicke d2 unterscheiden sich dabei jeweils in einem Wert, der sich höchstens 10 % voneinander unterscheidet. Insbesondere unterscheidet sich d1 und d2 jeweils in einem Wert, der höchstens 5 % oder 2 % voneinander abweicht.
Beispielsweise ist die Dicke d1 und die Dicke d2 unabhängig voneinander aus einem Bereich von 100 bis 500 µm, insbesondere 80 bis 450 µm, beispielsweise 250 µm, ausgewählt. Die Hybridpolymerschicht kann dabei eine Dicke von 20 bis 200 µm aufweisen. Die Dicke des ersten und/oder zweiten Lumineszenzdiodenchips können jeweils 80 bis 250 µm sein. Mit anderen Worten ist die Dicke d1, das heißt die Summe aus der Dicke des ersten Lumineszenzdiodenchips und der Dicke der Hybridpolymerschicht, beispielsweise 100 µm und die Dicke d2, das heißt die Summe aus der Dicke des zweiten Lumineszenzdiodenchips und der Dicke der Lumineszenzkonversionsschicht gleich 90 µm. Ist das der Fall, dann weisen beide Werte d1 (100 µm) und d2 (90 µm) jeweils einen Wert auf, die sich höchstens 10 % voneinander unterscheiden.
Mit anderen Worten wird hier erfindungsgemäß eine Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt, die mit Hybridpolymer oder Konverter beschichtete Lumineszenzdiodenchips mit einer gleichmäßigen Dicke aufweist.
Die Zwischenräume zwischen benachbarten Lumineszenzdiodenchips und/oder zumindest einem Lumineszenzdiodenchip und einer Gehäusewand der Lumineszenzdiodenanordnung kann mit einem Silikonverguss ausgefüllt werden. Insbesondere weist der Silikonverguss reflektierende Partikel, beispielsweise aus Titandioxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid auf.
Durch die Verwendung des Hybridpolymers als Abstandsschicht kann verhindert werden, dass der Silikonverguss mit reflektierenden Partikeln auf die erste Strahlungsaustrittsfläche gelangt. Damit kann eine Reduzierung der Auskopplung der Strahlung durch das Hybridpolymer verhindert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Hybridpolymerschicht einen Brechungsindex von > 1,55 auf. Damit ist der Brechungsindex der Hybridpolymerschicht größer als der von Luft (1,00) oder Quarzglas (1,46), so dass mit Hybridpolymerbeschichteten Lumineszenzdiodenchips eine bessere Lichtauskopplung als mit unbeschichteten oder mit Glasplättchen beschichteten Lumineszenzdiodenchips erzeugt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lumineszenzdiodenanordnung drei Lumineszenzdiodenchips, den ersten, zweiten und einen dritten Lumineszenzdiodenchip, auf. Diese sind auf einem Substrat angeordnet. Der erste Lumineszenzdiodenchip weist nachgeordnet die Hybridpolymerschicht auf, die vollständig die erste Strahlungsaustrittsfläche bedeckt. Die Hybridpolymerschicht ist insbesondere durchlässig für die Strahlung des ersten Lumineszenzdiodenchips aus dem roten Wellenlängenbereich, insbesondere aus einem Wellenlängenbereich von größer 600 nm, beispielsweise 630 nm bis 690 nm. Der zweite Lumineszenzdiodenchip mit der zweiten Strahlungsaustrittsfläche weist nachgeordnet eine Lumineszenzkonversionsschicht auf. Die Lumineszenzkonversionsschicht bedeckt vollständig die zweite Strahlungsaustrittsfläche und konvertiert die von dem zweiten Lumineszenzdiodenchip emittierende Strahlung zumindest teilweise in Strahlung mit einer größeren Wellenlänge. Insbesondere emittiert der zweite Lumineszenzdiodenchip Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich und die Lumineszenzkonversionsschicht konvertiert diese Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich in Strahlung aus dem grünen (520–565 nm), gelben (565–575 nm), orangen (575–595 nm) und/oder roten Wellenlängenbereich. Der dritte Lumineszenzdiodenchip weist eine dritte Strahlungsaustrittsfläche auf. Der dritte Lumineszenzdiodenchip weist eine Halbleiterschichtenfolge auf, die zur Emission von Strahlung befähigt ist. Insbesondere emittiert der dritte Lumineszenzdiodenchip Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Der dritte Lumineszenzdiodenchip weist eine weitere Hybridpolymerschicht auf. Dabei gelten die oben genannten Eigenschaften für die Hybridpolymerschicht auch für die weitere Hybridpolymerschicht. Die weitere Hybridpolymerschicht ist dem dritten Lumineszenzdiodenchip direkt nachgeordnet. Die weitere Hybridpolymerschicht bedeckt die dritte Strahlungsaustrittsfläche des dritten Lumineszenzdiodenchips vollständig. Die weitere Hybridpolymerschicht ist durchlässig für die Strahlung des dritten Lumineszenzdiodenchips. Im Querschnitt und Seitenansicht der Lumineszenzdiodenanordnung weist der dritte Lumineszenzdiodenchip zusammen mit der weiteren Hybridpolymerschicht eine Dicke d3 auf. Die Dicken d1, d2 und d3 unterscheiden sich dabei jeweils in einem Wert von höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %, beispielsweise 2 %.
Mit anderen Worten wird eine Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt, welche drei Lumineszenzdiodenchips, eine Lumineszenzkonversionsschicht und zwei Hybridpolymerschichten, als Abstandsschichten aufweist. Damit kann eine Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt werden, die eine hohe Auskoppeleffizienz und eine gleichmäßige Dicke aufweist. Zudem ist die Lumineszenzdiodenanordnung leicht herstellbar, wobei die Hybridpolymerschicht oder die weitere Hybridpolymerschicht ohne Zusatzschritte direkt auf den jeweiligen Strahlungsaustrittsflächen erzeugt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Lumineszenzdiodenanordnung zusätzlich einen Silikonverguss aufweisen. Dabei gilt das bereits Gesagte für den Silikonverguss für eine Lumineszenzdiodenanordnung mit zwei auch für drei oder mehr Lumineszenzdiodenchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste, zweite, dritte Lumineszenzdiodenchip, die Hybridpolymerschicht, die weitere Hybridpolymerschicht und die Lumineszenzkonversionsschicht in dem Silikonverguss mit reflektierenden Partikeln eingebettet. Der Silikonverguss weist im Querschnitt eine Dicke d4 auf, wobei d1, d2, d3 und d4 jeweils einen Wert aufweisen, der sich höchstens 10 %, insbesondere höchstens 7, 5, 3 oder 2 % voneinander unterscheidet. Damit kann eine vergossene Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt werden, die eine einheitliche Dicke aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Seitenflächen des ersten, zweiten und/oder dritten Lumineszenzdiodenchips frei von dem Hybridpolymer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über dem Silikonverguss eine Verkapselung angeordnet. Die Verkapselung kann eine Glasplatte sein. Die Verkapselung steht dabei in direktem Kontakt mit dem Silikonverguss und/oder der Hybridpolymerschicht und/oder der weiteren Hybridpolymerschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Lumineszenzdiodenchip in einer Ausnehmung eines Gehäuses auf einem Substrat oder Träger angeordnet. Das Hybridpolymer ist als Verguss ausgeformt. Das Hybridpolymer bettet dabei den ersten Lumineszenzdiodenchip ein. Damit sind sowohl die erste Strahlungsaustrittsfläche als auch die Seitenflächen des ersten Lumineszenzdiodenchips direkt mit dem Hybridmaterial in Kontakt und von diesem ummantelt. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite, dritte und/oder weitere Lumineszenzdiodenchip in dem Gehäuse angeordnet sein und von dem Hybridpolymer ummantelt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex der Hybridpolymerschicht und/oder der weiteren Hybridpolymerschicht gleich dem Brechungsindex der Lumineszenzkonversionsschicht. Gleich bedeutet hier und im Folgenden, dass sich der Brechungsindexunterschied Δn maximal um 0,1, insbesondere maximal um 0,05 oder 0,001, beispielsweise 0,0005 unterscheidet.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung angegeben. Das Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung stellt vorzugsweise eine Lumineszenzdiodenanordnung her. Dabei gelten die gleichen Definitionen und Ausführungsformen der Lumineszenzdiodenanordnung auch für das Verfahren und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung die Verfahrensschritte:

A) Bereitstellen eines Wafers,
B) Bereitstellen von baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips auf den Wafer,
C) Aufbringen des Hybridpolymers zumindest auf die erste Strahlungsaustrittsfläche eines ersten Lumineszenzdiodenchips,
D) Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers, und
E) Vereinzeln der baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Wafer ein Siliziumwafer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer in flüssiger Form auf die erste Strahlungsaustrittsfläche eines ersten Lumineszenzdiodenchips aufgebracht. Insbesondere wird das Hybridpolymer auf alle auf dem Wafer befindlichen baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips aufgebracht. Alternativ kann das Hybridpolymer selektiv, also auf einzelne erste Lumineszenzdiodenchips, aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Verfahrensschritt C) mittels Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer als Schicht auf baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips und zwischen benachbarte baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips (2) aufgebracht. Insbesondere weist die Schicht auf baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips eine einheitliche Schichtdicke auf. Alternativ kann die Schichtdicke der einzelnen baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips variieren. Das Hybridpolymer kann zwischen benachbarte baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips angeordnet sein. Anschließend erfolgt im Schritt D) das Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers mittels Strahlung, insbesondere UV- oder Laserstrahlung, und/oder Temperatur zur Bildung von baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips mit einer Hybridpolymerschicht.
Insbesondere ist der Schritt D) strukturiert. Das strukturierte Härten und/oder Vernetzen kann durch Verwenden einer Maske erfolgen. Dabei können Masken auf die Oberfläche des Hybridpolymers an den Stellen aufgebracht werden, wo sich nicht die Hybridpolymerschicht bilden soll. Anschließend erfolgt die Bestrahlung. Dort wo die Masken sind, erfolgt keine Vernetzung und/oder kein Verhärten des Hybridpolymers. Wo die Masken nicht vorhanden sind, erfolgt das Vernetzen und/oder Verhärten.
Alternativ kann die Bestrahlung auch selektiv erfolgen. Insbesondere können nur die jeweiligen Strahlungsaustrittsflächen der ersten Lumineszenzdiodenchips bestrahlt werden, so dass nur das dort befindliche Hybridpolymer vernetzt und aushärtet. Zusätzlich können nach dem Vernetzen die ersten Lumineszenzdiodenchips mit Temperatur behandelt werden, um eine vollständige Vernetzung zu erreichen. Das zwischen benachbarter ersten Lumineszenzdiodenchips angeordnete Hybridpolymer wird nicht bestrahlt und härtet somit nicht und/oder vernetzt nicht. Damit kann es leicht mittels zumindest einem organischen Lösungsmittel entfernt werden kann (Schritt D1).
Als organisches Lösungsmittel können jegliche organische Lösungsmittel, wie Propylacetat, Benzol, Toluol, Chloroform, oder Entwickler verwendet werden.
Damit kann eine Lumineszenzdiodenanordnung erzeugt werden, die einen mit Hybridpolymer beschichteten ersten Lumineszenzdiodenchip aufweist, wobei dessen Seitenflächen frei von dem Hybridpolymer sind.
Es können auch baugleiche Lumineszenzdiodenchips auf einem Wafer erzeugt werden, die ein Hybridpolymer umfassen oder frei von dem Hybridpolymer sind. Insbesondere emittieren die Lumineszenzdiodenchips Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Auf Lumineszenzdiodenchips, welche frei von dem Hybridpolymer sind, können dann jeweils eine Lumineszenzkonversionsschicht aufgebracht werden. Damit kann auf einem Wafer sowohl ein erster Lumineszenzdiodenchip aufweisend eine Hybridpolymerschicht als auch ein zweiter Lumineszenzdiodenchip aufweisend eine Lumineszenzkonversionsschicht erzeugt werden. Insbesondere erfolgt die Erzeugung gleichzeitig.
Alternativ oder zusätzlich gilt das Verfahren auch für die dritten oder weitere Lumineszenzdiodenchips, welche mit Hybridpolymer beschichtet werden sollen.
Alternativ oder zusätzlich gilt das Verfahren auch für weitere Lumineszenzdiodenchips, welche mit einer Lumineszenzkonversionsschicht beschichtet werden sollen.
So kann beispielsweise auch eine Lumineszenzdiodenanordnung erzeugt werden, welche neben den mit Hybridpolymer beschichteten Lumineszenzdiodenchips mindestens zwei mit jeweils einer Lumineszenzkonversionsschicht beschichteten Lumineszenzdiodenchips aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann der Verfahrensschritt D) mittels eines Lasers erfolgen. Insbesondere erfolgt das strukturierte Härten und/oder Vernetzen mittels Laser Direct Imaging (LDI). Laser Direct Imaging ist ein Verfahren, mit dem mittels Laser fotosensitive Materialien, insbesondere das Hybridpolymer, ausgehärtet werden kann. Es wird unter anderem das Hybridpolymer belichtet. Beim LDI-Verfahren müssen nicht zwingend Masken benutzt werden. Insbesondere kann ein Laser lokal die ausgewählten ersten Lumineszenzdiodenchips bestrahlen und so das Hybridpolymer lokal härten und/oder vernetzen. Benachbarte erste Lumineszenzdiodenchips müssen nicht zwingend strukturiert und damit bestrahlt werden und damit die Hybridpolymerschicht dort gehärtet und/oder vernetzt werden. Damit ist ein selektives Herstellen erster Lumineszenzdiodenchips mit Hybridpolymerschichten möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer mittels eines für Strahlung durchlässigen Stempels geformt. Anschließend erfolgt im Schritt D) die Härtung und/oder Vernetzung des Hybridpolymers mittels Strahlung, welche durch den Stempel transmittiert. Anschließend wird der Stempel nach Schritt D) entfernt. Insbesondere ist der Stempel für UV-Strahlung und/oder Laserstrahlung durchlässig.
Als Stempel eignet sich jegliches Werkzeug, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, und für die Strahlung transparent sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mehrere baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips gleichzeitig mit einem Stempel behandelt. Alternativ kann auch ein Stempel pro ersten Lumineszenzdiodenchip verwendet werden, wobei die Stempel simultan oder zeitlich versetzt die baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips stempeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist nach Entfernen des Stempels das resultierende Hybridpolymer als Fesnellinse ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Vereinzelung im Schritt E) durch Sägen. Damit können erste und zweite Lumineszenzdiodenchips in einem Prozessschritt auf einem Wafer bereitgestellt werden, die beliebig in einem Gehäuse und/oder auf einem Träger angeordnet werden können. Anschließend kann die hergestellte Lumineszenzdiodenanordnung mit einem Silikonverguss mit reflektierenden Partikeln vergossen und/oder verkapselt werden.
Durch die Verwendung von Hybridpolymerschichten oder der weiteren Hybridpolymerschicht in der Herstellung von Lumineszenzdiodenanordnungen kann ein alterungsstabiles und/oder fotostrukturierbares und/oder thermisch härtbares Material als Dielektrikum verwendet werden. Ferner ist der Einsatz eines zeitaufwändigen seriellen Prozesses zur Platzierung von Glasplättchen als Abstandshalter durch die Verwendung von Hybridpolymeren als Abstandshalter nicht erforderlich. Durch die fototechnische Strukturierung des Hybridpolymers können mehrere Prozesse gleichzeitig parallel erfolgen.
Durch die Verwendung von UV-belichtbaren Hybridpolymeren kann als Vorteil genannt werden, dass die zu definierenden Strukturen auf die jeweiligen Strahlungsaustrittsflächen angepasst werden können. Beispielsweise kann auf einen Lumineszenzdiodenchip, welcher einen InGaAlP aufweist, nur jene Lumineszenzdiodenchips mit dem Hybridpolymer als Abstandsplättchen versehen werden, welche aufgrund ihrer Probedaten für die entsprechende Anwendung geeignet sind. Bei den restlichen Lumineszenzdiodenchips, beispielsweise bei dem zweiten Lumineszenzdiodenchip, wird das Hybridpolymer wegstrukturiert, das heißt nicht belichtet. Diese Lumineszenzdiodenchips können dann für andere Applikationen verwendet werden, bei denen so ein Abstandsplättchen nicht benötigt wird. Damit können gleichzeitig baugleiche Lumineszenzdiodenchips erzeugt werden, welche nachgeordnete Hybridpolymerschichten aufweisen oder welche keine Hybridpolymerschichten aufweisen. Ferner kann durch die Verwendung der Hybridpolymerschicht oder des Hybridpolymers die Verbesserung der Rotauskopplung erhöht werden, da das Hybridpolymer hochbrechend ist und keine Zwischenschichten, wie Klebeschichten, verwendet werden müssen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die 1 bis 5 zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung gemäß einer Ausführungsform,
die 6 und 7 zeigen jeweils ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung gemäß einer Ausführungsform, und
die 8 und 9 zeigen jeweils eine schematische Draufsicht und Seitenansicht auf mehrere Lumineszenzdiodenchips auf einem Wafer gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist einen ersten Lumineszenzdiodenchip 2 auf. Der erste Lumineszenzdiodenchip 2 weist eine erste Strahlungsaustrittsfläche 3 auf, aus der über die die von dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 emittierte Strahlung ausgekoppelt wird. Dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 ist ein Hybridpolymer 4 nachgeordnet. Dieses steht in direktem Kontakt mit dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2. Damit wird von Vorteil keine Klebeschicht zwischen dem Hybridpolymer 4 und der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 notwendig, da das Hybridpolymer 4 direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 haftet. Das Hybridpolymer 4 kann als vorgefertigter Film oder Folie aufgebracht oder direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke erzeugt werden. Dies bedeutet, dass das Hybridpolymer 4 flüssig aufgebracht wird und dann verhärtet und/oder vernetzt wird. Damit verbindet dieses sich mit der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 und bekommt gleichzeitig Stabilität. Das Hybridpolymer 4 ist selbsttragend. Die Hybridpolymerschicht 4 ist transparent für die von dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 emittierende Strahlung 22. Das Hybridpolymer 4 ist dabei lediglich auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet. Die Seitenflächen 5 des ersten Lumineszenzdiodenchips sind frei von dem Hybridpolymer 4. Alternativ oder zusätzlich können auch die Seitenflächen 5 zumindest teilweise oder vollständig von dem Hybridpolymer 4 bedeckt sein.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist einen ersten Lumineszenzdiodenchip 2 und ein Hybridpolymer 4 auf. Das Hybridpolymer 4 ist direkt mit der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 kontaktiert. Das Hybridpolymer 4 ist dabei als Linse, insbesondere als Fresnellinse, ausgeformt.
Die Fresnellinse kann durch einen Stempel direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche erzeugt werden.
Alternativ zu dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 kann auch ein dritter oder ein weiterer Lumineszenzdiodenchip 10 verwendet werden.
Die 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist ein Substrat 6 auf. Auf dem Substrat 6 sind ein erster Lumineszenzdiodenchip 2 und ein zweiter Lumineszenzdiodenchip 7 angeordnet. Dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 ist ein Hybridpolymer 4 als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke nachgeordnet. Dem zweiten Lumineszenzdiodenchip 7 ist eine Lumineszenzkonversionsschicht 9 nachgeordnet. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann dabei direkt oder mittels anderer Schichten, beispielsweise einer Klebeschicht, auf der zweiten Strahlungsaustrittsfläche 8 des zweiten Lumineszenzdiodenchips 7 angeordnet sein. Die Lumineszenzkonversionsschicht kann Orthosilikate, Granate oder CaAlSiNs umfassen. Die beiden Lumineszenzdiodenchips 2, 7, die Lumineszenzkonversionsschicht 9 und das Hybridpolymer 4 können mit einem Silikonverguss 13 vergossen sein. Der Silikonverguss kann reflektierende Partikel, wie zum Beispiel Titandioxid, umfassen. Der Silikonverguss 13 kann methylsubstituierte Silikone und/oder phenylsubstituierte Silikone aufweisen oder daraus bestehen. In Seitenansicht und in Querschnitt weist der erste Lumineszenzdiodenchip 2 und die Hybridpolymerschicht 4 eine Dicke d1 auf. Der zweite Lumineszenzdiodenchip 7 und die Lumineszenzkonversionsschicht 9 weisen eine Dicke d2 auf. Insbesondere sind die Dicke d1 und die Dicke d2 gleich. Die Dicke d1 und die Dicke d2 unterscheiden sich in ihrem Wert maximal um 10 %, beispielsweise 5 %.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 der 4 unterscheidet sich von der Lumineszenzdiodenanordnung der 3 dadurch, dass sie einen weiteren, einen dritten Lumineszenzdiodenchip 10 und eine weitere Hybridpolymerschicht 12 aufweist. Der erste Lumineszenzdiodenchip 2 emittiert Strahlung aus dem roten Wellenlängenbereich. Das Hybridpolymer 4 ist als Schicht ausgeformt und direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet. Der zweite Lumineszenzdiodenchip 7 emittiert Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Direkt dem zweiten Lumineszenzdiodenchip 7 ist eine Lumineszenzkonversionsschicht 9 angeordnet, die die Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich vollständig in Strahlung aus dem grünen Wellenlängenbereich konvertiert. Die Lumineszenzkonversionsschicht 9 ist direkt auf der zweiten Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Der dritte Lumineszenzdiodenchip 10 emittiert Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Direkt der dritten Strahlungsaustrittsfläche 11 ist eine weitere Hybridpolymerschicht 12 angeordnet. Die weitere Hybridpolymerschicht 12 weist eine einheitliche Schichtdicke auf. Die Hybridpolymerschicht 4 und die weitere Hybridpolymerschicht 12 sind durchlässig für Strahlung und konvertieren keine Strahlung des ersten beziehungsweise dritten Lumineszenzdiodenchips 2, 10. Aus der Lumineszenzdiodenanordnung 1 wird Mischlicht emittiert, insbesondere weißes Licht.
Durch Verwendung von Hybridpolymer kann auf übliche Glasplättchen und das Kleben von Glasplättchen auf die erste und dritte Strahlungsaustrittsfläche verzichtet werden. Durch das flüssige Aufbringen des Hybridpolymers kann die Dicke individuell beim Aufbringen bestimmt werden. Hingegen muss die Dicke der Glasplättchen vorher gewählt werden und auf die entsprechende Oberfläche angepasst werden. Damit ist durch Verwendung von Hybridpolymer kein Abschleifen notwendig. Dies spart Kosten und Zeit.
Zusätzlich kann eine Verkapselung 14 auf den Lumineszenzdiodenchips 2, 7, 10 angeordnet sein. Die Verkapselung 14 steht in direktem Kontakt mit der Lumineszenzkonversionsschicht 9, der Hybridpolymerschicht 4 und der weiteren Hybridpolymerschicht 12. Die Verkapselung 14 steht in direktem Kontakt zum Silikonverguss 13. Eine Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß 4 ist frei von Luft, insbesondere sind keine Luftschichten über der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 und der dritten Strahlungsaustrittsfläche 11 angeordnet. Die Hybridpolymerschicht 4 und die weitere Hybridpolymerschicht 12 fungieren hier insbesondere als Abstandsschichten oder Spacerschichten und aufgrund ihres hohen Brechungsindex erhöhen sie zudem die Auskoppeleffizienz des ersten und dritten Lumineszenzdiodenchips 2, 10 und damit der Lumineszenzdiodenanordnung 1.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist ein Substrat 6 auf. Auf dem Substrat 6 ist ein erster Lumineszenzdiodenchip 2 angeordnet. Der Lumineszenzdiodenchip 2 ist innerhalb eines Gehäuses 21 in einer Ausnehmung 20 angeordnet. Der Lumineszenzdiodenchip 2 ist mit dem Hybridpolymer 4 vergossen. Der Verguss umfasst oder besteht aus dem Hybridpolymer 4 und/oder weist kein Silikon im üblichen Sinne auf. Zusätzlich können weitere Lumineszenzdiodenchips auf dem Substrat 6 angeordnet sein. Alternativ können die Lumineszenzdiodenchips auf verschiedenen Substraten 6 angeordnet sein.
6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform.
6A zeigt einen ersten Lumineszenzdiodenchip 2, welcher bereitgestellt wird. Auf dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 wird ein Hybridpolymer 4 aufgebracht. Das Aufbringen des Hybridpolymers kann mittels einer Spritze, Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgen. Anschließend wird in 6B ein Stempel 15, welcher für die zur Vernetzung erforderliche Strahlung transparent ist, auf das Hybridpolymer 4 aufgebracht. Dadurch wird das Hybridpolymer 4 geformt. Dabei stellt der Stempel 15 eine Art Negativform dar, wobei das Hybridpolymer 4 die sogenannte positive Form annimmt. Anschließend erfolgt in 6C das Bestrahlen des Hybridpolymers 4. Es kann beispielsweise UV-Strahlung verwendet werden. Das Hybridpolymer 4 ist fotosensitiv. Durch die Bestrahlung härtet und/oder vernetzt das Hybridpolymer 4. Insbesondere nimmt das Hybridpolymer 4 die positive Form an. Anschließend wird im Schritt 6D der Stempel 15 entfernt und das Hybridpolymer 4 weist die gewünschte Form auf.
7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform.
Es wird ein Wafer 17 in 7A bereitgestellt, der Lumineszenzdiodenchips 2 aufweist. Insbesondere sind die Lumineszenzdiodenchips 2 baugleich. Alternativ können die Lumineszenzdiodenchips 2 eine unterschiedliche Bauform haben. Insbesondere ist der Wafer 17 ein Siliziumwafer.
Anschließend erfolgt die Auftragung des Hybridpolymers 4 (7B). Das Hybridpolymer 4 kann in flüssiger Form aufgetragen werden. Das Aufbringen des Hybridpolymers 4 kann mittels Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgen. Dabei werden sowohl jeweils die Seitenflächen 5 des jeweiligen ersten Lumineszenzdiodenchips 2 als auch die erste Strahlungsaustrittsfläche 3 des ersten Lumineszenzdiodenchips 2 bedeckt. Mit anderen Worten ist beim Auftragen des Hybridpolymers 4 der erste Lumineszenzdiodenchips 2 in dem Hybridpolymer 4 eingebettet.
Anschließend erfolgt das Strukturieren (7C). Dazu werden Masken 18 auf die Stellen platziert, die nicht mit Hybridpolymer 4 bedeckt werden sollen. Beispielsweise können die Masken 18 zwischen den einzelnen baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips 2 angeordnet werden. Anschließend erfolgt die Belichtung des Hybridpolymers 4 mit UV-Strahlung 19. Das Hybridpolymer 4 vernetzt und/oder härtet aus und erhält seine Form. Insbesondere formt sich das Hybridpolymer 4 als Schicht mit einer gleichmäßigen Schichtdicke aus.
Anschließend erfolgen die Entfernung der Masken 18 und das Entfernen der nichtgehärteten und/oder unvernetzten Hybridpolymere 4a (7D). Die unvernetzten Hybridpolymere 4a können mittels zumindest einem organischen, Lösungsmittel, beispielsweise Propylacetat, oder einem käuflich erwerblichen Entwickler entfernt werden. Dadurch werden die unvernetzten und unverhärteten Hybridpolymere 4a entfernt und es resultieren baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips 2, welche nachgeordnet eine Hybridpolymerschicht 4 aufweisen.
Im anschließenden Verfahrensschritt können die einzelnen ersten Lumineszenzdiodenchips 2 vereinzelt 21 werden (7E).
8 zeigt die Anordnung von mehreren Lumineszenzdiodenchips 2 auf einem Wafer 17 in Draufsicht und die Seitenansicht eines Lumineszenzdiodenchips 2 gemäß einer Ausführungsform. Beispielsweise kann der Lumineszenzdiodenchip ein erster Lumineszenzdiodenchip 2 sein. Auf die Lumineszenzdiodenchips 2 können ganzflächig das Hybridpolymer 4 als Schicht aufgebracht werden. Anschließend kann das Hybridpolymer 4 aber nur lokal, also auf einzelne erste Lumineszenzdiodenchips 2, strukturiert vernetzt und/oder erhärtet werden. Das nichtgehärtete und/oder unvernetzte Hybridpolymer 4a kann anschließend entfernt werden. Damit können selektiv und lokal einzelne Lumineszenzdiodenchips auf einem Wafer 17 hergestellt werden, die einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen. Mit anderen Worten weist der eine Lumineszenzdiodenchip 2 keine Hybridpolymerschicht 4 auf und ein anderer Lumineszenzdiodenchip weist eine Hybridpolymerschicht 4 auf.
9 zeigt eine schematische Draufsicht und eine Seitenansicht eines Wafers, welcher Lumineszenzdiodenchips 2 gemäß einer Ausführungsform aufweist. Hier ist als Beispiel der erste Lumineszenzdiodenchip 2 gezeigt. Der erste Lumineszenzdiodenchip 2 weist ein Hybridpolymer 4 auf, welches hier als Fresnellinse ausgeformt ist. Die Fresnellinse ist dabei direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet. Die Fresnellinse kann beispielsweise durch Stempeln erzeugt werden.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Lumineszenzdiodenanordnung (1) aufweisend: – zumindest einen ersten Lumineszenzdiodenchip (2) mit einer ersten Strahlungsaustrittsfläche (3), der über die Strahlungsaustrittsfläche (3) zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, – zumindest ein Hybridpolymer (4), dass im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) angeordnet ist, – wobei das Hybridpolymer (4) organische und anorganische Bereiche aufweist, die kovalent miteinander verbunden sind, – wobei das Hybridpolymer (4) thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt ist, – wobei die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) und das Hybridpolymer (4) in direktem mechanischem Kontakt stehen.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Hybridpolymer (4) als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke ausgeformt ist und die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) vollständig bedeckt, wobei der erste Lumineszenzdiodenchip (2) Seitenflächen (5) senkrecht zur ersten Strahlungsaustrittsfläche (3) aufweist, die frei von dem Hybridpolymer sind.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Hybridpolymer (4) als Fesnellinse ausgeformt ist.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend – ein Substrat (6), auf dem der erste und ein zweiter Lumineszenzdiodenchip (2, 7) mit einer zweiten Strahlungsaustrittsfläche (8) angeordnet sind, – wobei der zweite Lumineszenzdiodenchip (7) zur Emission von Strahlung über die zweite Strahlungsaustrittsfläche (8) eingerichtet ist, – eine Lumineszenzkonversionsschicht (9), die dem zweiten Lumineszenzdiodenchip (7) nachgeordnet ist und zur Konversion zumindest eines Teils der vom zweiten Lumineszenzdiodenchip (7) emittierten Strahlung eingerichtet ist, – wobei das Hybridpolymer (4) als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke ausgeformt ist und direkt dem ersten Lumineszenzdiodenchip (2) nachgeordnet ist, – wobei in Querschnitt der erste Lumineszenzdiodenchip (2) zusammen mit der Hybridpolymerschicht (4) eine Dicke d1 und der zweite Lumineszenzdiodenchip (2) zusammen mit der Lumineszenzkonversionsschicht (9) eine Dicke d2 aufweisen, wobei die Dicken d1 und d2 jeweils einen Wert aufweisen, der sich höchstens 10 % voneinander unterscheidet.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 4, – die einen dritten Lumineszenzdiodenchip (10) auf dem Substrat (6) aufweist, – wobei die Hybridpolymerschicht (4) die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) vollständig bedeckt und durchlässig für die Strahlung des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) aus dem roten Wellenlängenbereich ist, – wobei die Lumineszenzkonversionsschicht (9) die zweite Strahlungsaustrittsfläche (8) vollständig bedeckt und die emittierende Strahlung des zweiten Lumineszenzdiodenchips (7) aus dem blauen Wellenlängenbereich vollständig in Strahlung mit einer größeren Wellenlänge als den blauen Wellenlängenbereich konvertiert, – wobei der dritte Lumineszenzdiodenchip (10) über eine dritte Strahlungsaustrittsfläche (11) zur Emission von Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich eingerichtet ist, – wobei dem dritten Lumineszenzdiodenchip (10) eine weitere Hybridpolymerschicht (12) direkt nachgeordnet ist, wobei die weitere Hybridpolymerschicht (12) die dritte Strahlungsaustrittsfläche (11) vollständig bedeckt und durchlässig für die Strahlung des dritten Lumineszenzdiodenchips (10) ist, wobei in Querschnitt der dritte Lumineszenzdiodenchip (10) zusammen mit der weiteren Hybridpolymerschicht (12) eine Dicke d3 aufweisen, wobei die Dicken d1, d2 und d3 jeweils einen Wert aufweisen, die sich höchstens 10 % voneinander unterscheiden.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 5, wobei die Seitenflächen des ersten, zweiten und dritten Lumineszenzdiodenchips (2, 7, 10) frei von Hybridpolymer (4) sind.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 4 bis 6, die zusätzlich einen Silikonverguss (13) mit reflektierenden Partikeln aufweist, in dem der erste, zweite, dritte Lumineszenzdiodenchip (2, 7, 10), die Hybridpolymerschicht (4), die weitere Hybridpolymerschicht (12) und die Lumineszenzkonversionsschicht (9) eingebettet sind, wobei der Silikonverguss (13) in Querschnitt eine Dicke d4 aufweist, wobei die Dicken d1, d2, d3 und d4 jeweils einen Wert aufweisen, die sich höchstens 10 % voneinander unterscheiden.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 7, wobei über dem Silikonverguss (13) eine Verkapselung (14) angeordnet ist, die in direktem Kontakt mit dem Silikonverguss (13), der Hybridpolymerschicht (4) und der weiteren Hybridpolymerschicht (12) steht.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Lumineszenzdiodenchip (2) in einer Ausnehmung (20) eines Gehäuses (21) angeordnet ist, wobei das Hybridpolymer (4) als Verguss ausgeformt ist, indem der erste Lumineszenzdiodenchip (2) eingebettet ist, so dass sowohl die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) als auch die Seitenflächen (5) des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) direkt mit dem Hybridpolymer (4) in Kontakt stehen und das Hybridpolymer (4) den ersten Lumineszenzdiodenchip (2) ummantelt.
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brechungsindex der Hybridpolymerschicht (4) und/oder der weiteren Hybridpolymerschicht (12) gleich dem Brechungsindex der Lumineszenzkonversionsschicht (9) ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Wafers (17), B) Bereitstellen von baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips (2) auf den Wafer (17), C) Aufbringen des Hybridpolymers (4) zumindest auf die erste Strahlungsaustrittsfläche eines ersten Lumineszenzdiodenchips (2), D) Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers (4), und E) Vereinzeln der baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips (2).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aufbringen im Verfahrensschritt C) mittels Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei im Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer (4) als Schicht auf baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips (2) und zwischen benachbarte baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips (2) aufgebracht wird, und das Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers (4) im Schritt D) mittels Strahlung (19) und/oder Temperatur zur Bildung von baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips (2) mit einer Hybridpolymerschicht (4) erfolgt, wobei nach Schritt D) ein Schritt D1) erfolgt: Entfernen der nicht gehärteten und/oder unvernetzten Hybridpolymere (4a) mittels zumindest einem organischen Lösungsmittel.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei nach dem Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer (4) mittels eines für Strahlung durchlässigen Stempels (15) geformt wird, und anschließend im Schritt D) die Härtung und/oder Vernetzung (16) des Hybridpolymers (4) mittels Strahlung, welche durch den Stempel (15) transmittiert, erfolgt, wobei anschließend nach Schritt D) der Stempel (15) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das nach Entfernen des Stempels resultierende Hybridpolymer (4) als Fesnellinse ausgeformt ist.