DE102017104135A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents

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Florian Peskoller
Thomas Huckenbeck
Michael Schmidberger
Jürgen Bauer
Dominik Eisert
Albert Schneider
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich, der zumindest über eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) in Betrieb Strahlung emittiert, ein freitragendes Konversionselement (2), das im Strahlengang der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, wobei das freitragende Konversionselement (2) ein Substrat (21) und nachfolgend eine erste Schicht (22) aufweist, wobei die erste Schicht (22) zumindest ein Konversionsmaterial (222) aufweist, das in einem Matrixmaterial (221) eingebettet ist, wobei das Matrixmaterial (221) zumindest ein kondensiertes Sol-Gel Material aufweist, wobei das kondensierte Sol-Gel Material einen Anteil zwischen 10 und 70 Vol% in der ersten Schicht (22) aufweist, wobei das Substrat (21) frei von dem Sol-Gel Material und dem Konversionsmaterial (222) ist und zur mechanischen Stabilisierung der ersten Schicht (22) dient.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
  • Optoelektronische Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), erfordern für viele Anwendungen direktes oder fokussiertes Licht, beispielsweise für Bühnenbeleuchtungen oder Autoscheinwerfer. Für derartige Anwendungen ist es wichtig, dass die optoelektronischen Bauelemente eine hohe Leuchtdichte aufweisen.
  • Viele optoelektronische Bauelemente weisen neben einer Halbleiterschichtenfolge auch ein Konversionselement auf. Das Konversionselement ist dazu eingerichtet, das von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Licht, insbesondere Licht mit einer Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich, in Licht einer anderen, meist längeren, Wellenlänge zu konvertieren. Die Konversion erfolgt durch zumindest ein Konversionsmaterial. Für viele Anwendungen soll möglichst viel Licht aus einer definierten Emissionsfläche austreten, damit das Licht über Optiken beispielsweise auf eine bestimmte Fläche gerichtet werden kann. Mit anderen Worten soll das Bauelement eine möglichst hohe Leuchtdichte besitzen. Dabei werden Konversionselemente häufig in Form von Plättchen ausgeformt und auf die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Klebers aufgebracht. Optional werden die Plättchen mit einem weiteren Material umschlossen, beispielsweise mit einem Silikon gefüllt mit TiO2 Partikeln, damit kein Licht seitlich aus dem Chip bzw. Konversionselement austritt sondern die Lichtaustrittsfläche durch die Oberfläche des Konversionselements definiert wird.
  • In herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen beschränken oft die Konversionselemente die maximale Stromdichte der LED und damit die maximale Leuchtdichte. Insbesondere für Anwendungen mit einem hohen Farbwiedergabeindex (CRI), beispielsweise für ein warmweiß emittierendes optoelektronisches Bauelement mit einer Farbtemperatur von beispielsweise 3200 K ist es erforderlich, eine Kombination eines grün und rot emittierenden Konversionsmaterials in dem Konversionselement zu vereinen. Bisher ist es allerdings nicht gelungen, Konversionselemente bereitzustellen, die einen hohen Farbwiedergabeindex (CRI) für warmweißes Licht bei hohen Stromdichten des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise bei mehr als 1 A/mm2, aufweisen, und einen stabilen Betrieb bei den dabei auftretenden Temperaturen ermöglichen.
  • Bisher sind Konversionselemente bekannt, die beispielsweise ein Matrixmaterial aus Polymer, wie Silikon, aufweisen, in dem das Konversionsmaterial bzw. die Konversionsmaterialien eingebettet sind. Diese Konversionselemente weisen allerdings eine geringe thermische Stabilität auf.
  • Des Weiteren sind Konversionskeramiken bekannt. Allerdings sind diese Konversionskeramiken dahingehend beschränkt, dass oft nur ein Typ von Konversionsmaterial verwendet werden kann. Eine Kombination von verschiedenen Typen von Konversionsmaterialien in den Konversionskeramiken ist in der Regel nicht möglich, da die Konversionskeramiken in der Regel bei Temperaturen von mehr als 1400 °C hergestellt werden und verschiedene Typen von Konversionsmaterialien, beispielsweise Granat- und Nitridbasierte Leuchtstoffe, miteinander reagieren würden, wodurch sich die optischen Eigenschaften wie Emissionsspektrum oder Quanteneffizienz ändern können. Es ist daher nicht möglich, Konversionskeramiken mit einem hohen Farbwiedergabeindex für kalt- oder warmweißes Licht zu erzeugen.
  • Ferner ist es prinzipiell möglich, Konversionsmaterialien in Glas als Matrixmaterial einzubetten. Hier besteht die Herausforderung, ein geeignetes Glasmaterial zu finden, das stabil ist gegen Feuchtigkeit und Strahlung, und in das sich das Konversionsmaterial bzw. verschiedene Konversionsmaterialien ohne permanente Schädigung einbetten lassen.
  • Die hier beschriebenen herkömmlichen Konversionselemente weisen den Nachteil auf, dass diese relativ dick ausgeformt werden müssen, um eine gewisse mechanische Stabilität für das beispielsweise nachfolgende Handling zu gewährleisten. In der Regel weisen diese eine Schichtdicke von mindestens 100 µm auf. Dies hat den Nachteil, dass die Wärmeabführung im Vergleich zu dünneren Konversionselementen deutlich reduziert ist. Die Wärmeabführung ist allerdings sehr wichtig für Hochleistungsanwendungen, weil große Mengen an Wärme während des Betriebs des optoelektronischen Bauelementes infolge der Stokes-Wärme oder des Verlustes durch die Quanteneffizienz des Konversionselements von kleiner 100 % oder durch Absorptionsverluste erzeugt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden und ein verbessertes optoelektronisches Bauelement anzugeben. Insbesondere soll das optoelektronische Bauelement stabil gegenüber hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und Strahlung sein. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, das ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserten Eigenschaften herstellt.
  • Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 19.
  • In zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich emittiert im Betrieb des optoelektronischen Bauelements über eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche Strahlung. Das optoelektronische Bauelement weist ein Konversionselement auf. Insbesondere sind ein Konversionselement und die Halbleiterschichtenfolge direkt miteinander verbunden. Das Konversionselement ist freitragend und im Strahlengang der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Das Konversionselement weist ein Substrat und eine erste Schicht auf. Die erste Schicht ist insbesondere nachfolgend dem Substrat angeordnet. Insbesondere ist die erste Schicht der Halbleiterschichtenfolge nachgeordnet, wobei das Substrat der ersten Schicht nachgeordnet ist. Alternativ kann das Substrat der Halbleiterschichtenfolge nachgeordnet sein, wobei die erste Schicht dem Substrat nachgeordnet ist. Die erste Schicht umfasst zumindest ein Konversionsmaterial, das in einem Matrixmaterial eingebettet ist. Das Matrixmaterial ist zumindest ein kondensiertes Sol-Gel-Material. Das Sol-Gel-Material ist aus folgender Gruppe ausgewählt: Wasserglas, Metallphosphat, Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat, modifiziertes Monoaluminiumphosphat, Alkoxytetramethoxysilan, Tetraethylorthosilikat, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Titanalkoxid, Kieselsol, Metallalkoxid, Metalloxan, Metallalkoxan. Das Sol-Gel-Material weist einen Anteil zwischen 10 und 70 Vol% in der ersten Schicht auf. Insbesondere ist dieser Volumenanteil, auf das Gesamtvolumen aus Sol-Gel-Material und Konversionsmaterial und gegebenenfalls Härter, Füller, oder andere feste Zusätze, aber ohne gegebenenfalls entstehende Poren bezogen. Das Substrat ist frei von dem Sol-Gel-Material und dem Konversionsmaterial. Das Substrat ist zur mechanischen Stabilisierung der ersten Schicht eingerichtet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Das Halbleitermaterial kann bevorzugt auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. „Auf einem Nitridverbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise InxAlyGa1-x-yN, umfasst, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des InxAlyGa1-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Das optoelektronische Bauelement beinhaltet einen aktiven Bereich mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements wird in dem aktiven Bereich eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 380 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 430 nm und 470 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED, oder eine Laserdiode. Das Bauelement ist dazu eingerichtet, Strahlung mit einer dominanten Wellenlänge aus dem UV, blauen, grünen, gelben, orangen, roten und/oder nahen IR-Spektralbereich zu emittieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement auf. Das Konversionselement ist dazu eingerichtet, die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umzuwandeln. Insbesondere weist die Sekundärstrahlung eine andere, meist längere, Wellenlänge als die Wellenlänge der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung auf.
  • Das Konversionselement ist freitragend ausgeformt. Mit freitragend wird hier und im Folgenden bezeichnet, dass das Konversionselement sich selbst trägt und keine weiteren Elemente zur Stützung erforderlich sind. Das Konversionselement kann im sogenannten Pick-and-Place-Prozess ohne weitere Stützung auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement ein Substrat auf. Bei dem Substrat kann es sich um Glas, Glaskeramik, Saphir oder eine transparente oder transluzente Keramik handeln. Vorzugsweise ist das Substrat Glas oder Saphir. Als Glas kann beispielsweise ein Borosilikatglas, wie beispielsweise D263, D263T oder D263TECO von der Firma Schott oder beispielsweise ein Alumosilikatglas wie beispielsweise AS87 eco von der Firma Schott verwendet werden. Alternativ können auch glasartige Materialien, polykristallines Aluminiumoxid oder andere transparente oder transluzente Materialien verwendet werden. Vorzugsweise sollte das Substrat eine gute Stabilität gegenüber Feuchte, Strahlung und/oder hohen Temperaturen aufweisen. Gute Stabilität gegenüber Feuchtigkeit bedeutet beispielsweise, dass sich nach einem Feuchtetest bei 85 °C und 85% relativer Luftfeuchtigkeit nach 1000 Stunden keine signifikanten Änderungen der mechanischen und optischen Eigenschaften ergeben, beispielsweise sollte sich keine Trübung oder Verfärbung zeigen, sich die Transmission um weniger als 1% des Startwerts ändern und sich keine Aufwachsungen wie Kristalle auf der Oberfläche befinden. Gleiches gilt auch bezüglich Stabilität gegenüber Strahlung (beispielsweise bei Bestrahlung mit blauem Licht mit 3 W/mm2 für 1000 h) und Temperatur (beispielsweise 150 °C für 1000 h).
  • Das Substrat kann mittels eines Klebers auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden. Vorzugsweise wird jedoch die erste Schicht auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge, insbesondere mittels eines Klebers, aufgebracht, da dadurch die entstehende Wärme besser aus der ersten Schicht abgeführt werden kann.
  • Das Substrat kann weitere Beschichtungen aufweisen, die zur Verbesserung der Stabilität, beispielsweise gegenüber Feuchte, beitragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat strukturiert. Die Strukturierung kann mittels eines Lasers, durch Aufbringen von Mikrolinsen auf der Oberfläche des Substrats oder durch Aufbringen von photonischen Kristallgittern auf der Oberfläche erzeugt werden. Die Oberfläche des Substrates kann modifiziert werden, beispielsweise durch Aufrauen, Sandstrahlen, Polieren, Schleifen, Ätzen oder Nanolithografie. Es kann auch ein Saphirsubstrat mit spezieller Oberflächenstruktur verwendet werden (PSS, patterned sapphire substrate).
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat eine Auskoppelfolie oder Auskoppelstruktur auf. Dadurch kann die Ein- bzw. Auskopplung von Strahlung erhöht werden und damit die Effizienz des optoelektronischen Bauelements gesteigert werden. Zum anderen kann die Auskoppelfolie oder Auskoppelstruktur zur Formung des Strahls der von dem Bauelement emittierten Strahlung dienen und den Strahl in eine bestimmte Richtung lenken.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat Beschichtungen auf. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Streuschicht aufweisen, um die Lichtauskopplung zu erhöhen. Die Beschichtung kann auch als Verkapselung genutzt werden. Die Verkapselung soll gegen Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Feuchtigkeit, schützen.
  • Bei Anwendung des Bauelements als Blitzlicht ist es zusätzlich möglich, die Oberfläche des Substrates derart zu ändern, beispielsweise durch Streuschichten oder durch Schleifen des Konversionselements, um einen gelblich erscheinenden optischen Eindruck des Konversionselements oder andersartigen Farbeindruck, der beispielsweise durch die verwendeten Konversionsmaterialien hervorgerufen wird, zu minimieren oder zu vermeiden.
  • Es kann eine weitere Schutzschicht oder Verkapselung aufgebracht werden um das Konversionsmaterial und/oder Matrixmaterial zu schützen und die Lebensdauer zu erhöhen. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn durch eine Bearbeitung wie beispielsweise Schleifen oder Polieren das Konversionsmaterial und/oder Matrixmaterial beschädigt wurde. Wenn beispielsweise als Konversionsmaterial ein Leuchtstoff verwendet wird, der beispielsweise eine Schutzschicht auf den Partikeln besitzt um ihn gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit zu schützen, kann durch die Bearbeitung wie Schleifen oder Polieren diese Schutzschicht beschädigt werden. Dann kann eine weitere Schutzschicht nach Herstellung des Konversionsmaterials aufgebracht werden um die Stabilität zu erhöhen. Die Schutzschicht kann auch nach einem Vereinzelungsprozess, beispielsweise durch Sägen, aufgebracht werden, um auch die Kanten des Konversionselements zu schützen. Als Schutzschicht eignen sich beispielsweise aufgedampfte Schichten aus z.B. SiO2 und/oder Al2O3, insbesondere auch Schichten die mittels Atomlagenabscheidung (ALD, atomic layer deposition) aufgebracht werden, oder auch polymere oder hybridpolymere Schichten beispielsweise aus Ormocer, Polysilazan, Polysiloxan, Silikon, und/oder Parylene.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat funktionelle Beschichtungen, wie beispielsweise dichroitische Beschichtungen, Interferenzbeschichtungen oder Antireflexbeschichtungen, auf. Diese Beschichtungen können antireflektierende Eigenschaften oder Filtereigenschaften aufweisen. Zudem kann das Substrat einen dielektrischen Rückreflektor auf der Oberfläche aufweisen, der der Hauptstrahlungsaustrittsfläche gegenüberliegt und einen Teil der durch das Substrat gelangten Strahlung rückreflektiert, um damit eine homogenere Kantenemission zu erreichen. Das Substrat kann dielektrische Filter aufweisen, die zumindest einen Teil der Strahlung reflektieren und damit eine Vollkonversion erzielen können. Das Substrat kann dielektrische Filter aufweisen, die wellenlängenselektiv reflektieren, beispielsweise bevorzugt einen Teil der blauen Primärstrahlung während die Sekundärstrahlung kaum reflektiert wird, um einen homogeneren Farbort unter verschiedenen Winkeln zu erzeugen.
  • Die hier beschriebenen Veränderungen des Substrats können einzeln oder auch in Kombination erfolgen, sodass sowohl die der Hauptstrahlungsaustrittsfläche zugewandte Substratseite als auch die gegenüberliegende Substratseite gleichzeitig oder einzeln verändert werden können.
  • Die dichroitische Beschichtung kann auf der der ersten Schicht zugewandten Substratseite aufgebracht sein. Im Allgemeinen besteht eine dichroitische Beschichtung aus mehreren dünnen Schichten mit Brechungsindexdifferenzen. Hier kann die dichroitische Beschichtung zwei Hauptfunktionen aufweisen, insbesondere wenn sie auf der der ersten Schicht zugewandten Substratseite aufgebracht ist und das Substrat auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird: Sie sorgt zum einen für eine hohe Transmission der eingehenden Strahlung und zum anderen für eine hohe Reflexion des umgewandelten Lichts, das aus dem Konversionselements kommt. Beide Effekte erhöhen die Effizienz oder Wirksamkeit. Diese Funktionsweise ist dem Fachmann bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Wird die erste Schicht auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht, dann kann die dichroitische Beschichtung auf der der ersten Schicht abgewandten Substratseite aufgebracht werden, um die Reflektionen beim Übergang zwischen Substrat und Luft zu reduzieren.
  • Die oben beschriebene dichroitische Beschichtung kann alternativ oder zusätzlich auf einer beliebigen weiteren Außenseite des Substrats und/oder auf dessen Kantenseiten angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Substrat einen Filter auf, der selektiv Wellenlängen absorbieren kann. Beispielsweise kann das Substratmaterial ein Filterglas sein, beispielsweise ein Kurzpass-, Langpass- oder Bandpassfilter. Dies kann von Vorteil gerade bei einer Anwendung mit Vollkonversion sein, wenn die erste Schicht auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird und das Substrat die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte und durch die erste Schicht transmittierte Strahlung absorbiert, sodass das von dem Bauelement emittierte Licht nahezu vollständig aus Sekundärstrahlung besteht.
  • Die hier beschriebenen Oberflächenbehandlungen des Substrats können entsprechend auf die Oberfläche des Konversionselements angewendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement eine erste Schicht auf. Die erste Schicht kann eine dem Substrat abgewandte Oberfläche aufweisen. Die erste Schicht kann strukturiert sein. Die Strukturierung kann mit den gleichen wie bereits für das Substrat beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann die erste Schicht poliert, geschliffen, geätzt und/oder beschichtet werden. Dabei ist vorzugsweise die Oberfläche der ersten Schicht glatt ausgeformt. Dies ist von Vorteil wenn die erste Schicht mittels eines Klebers auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird. Eine glatte Oberfläche ermöglicht eine dünne Kleberschicht, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 500 nm bis 15 µm, insbesondere von 1 µm bis 10 µm, idealerweise von 2 µm bis 7 µm. Dies ermöglicht eine gute Wärmeabführung von der ersten Schicht über die Kleberschicht zur Halbleiterschichtenfolge, da die Kleberschicht in der Regel eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist und dadurch insbesondere bei einer dicken Schicht eine Wärmebarriere darstellt, wodurch die Wärmeabführung aus der ersten Schicht begrenzt und die Temperatur in der ersten Schicht sehr hoch ist, was wiederum aufgrund thermischen Quenchings zu einer geringeren Effizienz der Konversionsmaterialien und damit zu einer niedrigeren Leuchtdichte des Bauelements führen kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Dicke des Substrats zwischen 50 µm bis 200 µm, bevorzugt zwischen 100 bis 180 µm. Wenn das Substrat auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird, sollte das Substrat sehr dünn ausgeführt werden und eine möglichst hohe thermische Leitfähigkeit besitzen, um die Wärmeabfuhr der in dem Konversionselement erzeugten Wärme zu erhöhen. Sie sollte aber auch dick genug sein, damit das Konversionselement freitragend ist und leicht während der Herstellung gehandhabt werden kann.
  • Insbesondere weist die erste Schicht eine homogene Schichtdicke auf, die von maximal 100 µm oder von maximal 90 µm oder von maximal 80 µm oder von maximal 70 µm, besser maximal 60 µm, vorzugsweise maximal 50 µm oder maximal 45 µm oder maximal 40 µm oder maximal 35 µm oder maximal 30 µm oder maximal 25 µm oder maximal 20 µm für Teilkonversion ausgeformt ist, idealerweise von 20 µm bis 70 µm. Für Vollkonversion ist die maximale Schichtdicke 200 µm, oder maximal 180 µm, oder maximal 150 µm, oder maximal 130 µm, vorzugsweise maximal 110 µm oder maximal 90 µm oder maximal 80 µm oder maximal 70 µm oder maximal 60 µm oder maximal 50 µm oder maximal 40 µm, idealweise von 30 µm bis 150 µm. Homogen meint hier und im Folgenden, dass die Schichtdicke eine maximale Abweichung von 20 %, oder 10 %, oder 5 %, oder 3 %, oder 2 % oder 0,5 % von der mittleren Schichtdicke aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement ein Konversionsmaterial auf. Alternativ können auch mehr als ein Konversionsmaterial, beispielsweise mindestens zwei Konversionsmaterialien, in dem Konversionselement vorhanden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mindestens zwei verschiedene Konversionsmaterialien in dem Matrixmaterial eingebettet.
  • Das Konversionsmaterial kann aus anorganischen Leuchtstoffen bestehen oder diese umfassen, die beispielsweise aus folgender Gruppe oder Kombinationen daraus ausgewählt sein können: (Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, (Sr,Ba,Ca,Mg)2Si5N8:Eu2+, (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+, α-SiAlON:Eu2+, β-SiAlON:EU2+, (Sr,Ca)S:Eu2, (Sr,Ba,Ca)2(Si,Al)5(N,O)8:Eu2+, (Ca,Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+, (Sr,Ba)Si2N2O2:Eu2+.
  • Das Konversionsmaterial kann dazu befähigt sein, die Strahlung der Halbleiterschichtenfolge vollständig zu absorbieren und mit längerer Wellenlänge zu emittieren. Mit anderen Worten findet hier eine sogenannte Vollkonversion statt, dass also die Strahlung der Halbleiterschichtenfolge gar nicht oder zu weniger als 5 % an der resultierenden Gesamtstrahlung beiträgt.
  • Alternativ ist das Konversionsmaterial dazu befähigt, die Strahlung der Halbleiterschichtenfolge teilweise zu absorbieren, sodass die aus dem Konversionselement austretende Gesamtstrahlung sich aus der Strahlung der Halbleiterschichtenfolge und der konvertierten Strahlung zusammensetzt. Dies kann auch als Teilkonversion bezeichnet werden. Die Gesamtstrahlung kann weißes Mischlicht sein. Das Mischlicht kann warmweiß oder kaltweiß sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Schicht eine Schichtdicke zwischen 20 µm und 70 µm für Teilkonversion auf. Alternativ weißt die erste Schicht eine Schichtdicke zwischen 30 µm bis 150 µm für Vollkonversion auf. Zusätzlich kann das Substrat strukturiert werden, beispielsweise geschliffen oder poliert werden, um im Nachhinein die Gesamtdicke des Konversionselements anzupassen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das Konversionselement auch organische Konversionsmaterialien, wie organische Farbstoffe, oder Quantendots aufweisen. Es können mehr als zwei Konversionsmaterialien in dem Konversionselement vorhanden sein. Damit kann ein Farbort oder der Farbwiedergabeindex optimal angepasst werden. Durch Kombination eines grünen und roten Konversionsmaterials ist es beispielsweise möglich, warmweißes Mischlicht mit einem hohen Farbwiedergabeindex zu erzeugen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Schicht mehrere Teilschichten auf. Mit anderen Worten kann die erste Schicht derart ausgeformt sein, dass die erste Schicht mehrere Konversionsmaterialien aufweist, die in unterschiedlichen Teilschichten angeordnet sind. Die Konversionsmaterialien können in gleiche oder unterschiedliche Matrixmaterialien eingebettet sein. Die Teilschichten können sich in Dicke, Kompaktheit, Matrixmaterial, Konversionsmaterial, Streuer und/oder Füllstoffe unterscheiden.
  • Das Konversionsmaterial kann kugelförmig ausgeformt sein. Damit kann in der ersten Schicht ein hoher Füllgrad an Konversionsmaterial erreicht werden und damit eine kompakte erste Schichterzeugt werden. Vorzugsweise ist das Konversionselement dünn ausgeformt. Das Konversionselement weist eine Streuung auf, die aufgrund der Poren und Brechzahlunterschiede zustande kommt.
  • Die Kompaktheit der ersten Schicht und die Oberflächenporosität können neben den Komponentenverhältnissen auch bei der Herstellung durch die Wahl geeigneter Prozessparameter , wie Trocknen, Ausheizen, oder durch die Kontrolle der Feuchtigkeit oder mittels einer Temperaturrampe mit eingestellt werden.
  • Die Kompaktheit der ersten Schicht kann außerdem durch die Größe und Form der Konversionsmaterialien sowie durch das Verhältnis zwischen Konversionsmaterial und Matrixmaterial beeinflusst werden. Eine möglichst kompakte erste Schicht mit möglichst geschlossener Oberfläche ist von Vorteil, falls die erste Schicht mittels Kleber auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird, damit wenig Kleber in die Poren der ersten Schicht gelangt.
  • Das Bauelement kann für Bühnenbeleuchtung, Blitzlicht, im Automobilbereich (beispielsweise für Scheinwerfer, Blinker, Bremslichter), Lampen, Anzeigen, Endoskop, Geschäftsbeleuchtung und/oder Stadiumbeleuchtung eingesetzt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement Streupartikel oder Füllstoffe auf. Die Streupartikel oder Füllstoffe können beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bariumsulfat, Bornitrid, Magnesiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, YAG, Orthosilikat, Zinkoxid oder Zirkoniumdioxid sowie AlON, SiAlON oder Kombinationen oder Derivate davon oder andere keramische als auch glasartige Partikel, Metalloxide oder andere anorganische Partikel sein. Die Streupartikel oder die Füllstoffe können eine unterschiedliche Form aufweisen, beispielsweise kugelförmig, stäbchenförmig oder scheibenförmig, wobei die Partikelgröße zwischen einigen Nanometer bis zu einigen zehn Mikrometer sein kann. Kleinere Partikel können genutzt werden, um die Viskosität der Suspension einzustellen. Größere Partikel können zur Herstellung einer kompakten ersten Schicht und/oder zur verbesserten Wärmeabführung, Feuchteresistenz, oder Dickenhomogenität beitragen. Die Streuung kann verändert und/oder die mechanische Stabilität kann verbessert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement Additive auf. Ein Additiv kann Aerosil oder Kieselerde, wie beispielsweise Sipernat, sein. Damit kann die Viskosität der Suspension modifiziert werden und der Anteil zwischen der flüssigen und der festen Komponente eingestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Konversionselement aus mehreren Schichten hergestellt, die in Schichtdicke, Kompaktheit, Matrixmaterial, Konversionsmaterial, Streuern und/oder Füllstoffen variieren können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Matrixmaterial oder das Konversionselement zusätzlich einen chemischen Härter auf. Durch Zugabe eines chemischen Härters und Aushärten des Matrixmaterials, beispielsweise zwischen einer Temperatur von 150 bis 350 °C für Wasserglas, ist es möglich, ein Konversionselement zu erzeugen, das sehr stabil gegen Feuchtigkeit ist. Insbesondere zeigt dieses Konversionselement eine hohe Stabilität bei 85 °C, 85 % relative Luftfeuchtigkeit und 1000 Stunden für die Testdauer, was mittels eines Feuchtetests bestimmt wurde. Durch Zugabe des Härters bildet sich neben ggf. entstehendem Alkalicarbonat ein weiteres Nebenprodukt. Im Falle eines Phosphathärters wäre dies ein Alkaliphosphat. Vorzugsweise wird bei Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat oder modifizierten Monoaluminiumphosphat kein chemischer Härter zugesetzt. Das hier beschriebene Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat oder modifizierte Monoaluminiumphosphat besitzt vorzugsweise ein molares Verhältnis von Al zu P von 1:3 bis 1:1,5 und härtet insbesondere bei Temperaturen zwischen 300 °C und 400 °C. In den Lösungen können weitere Elemente oder Verbindungen enthalten sein, jedoch vorzugsweise max. 1 Mol% an Alkali und Halogenverbindungen.
  • Als Wasserglas werden aus einer Schmelze erstarrte, glasartige, also amorphe, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und/oder Lithiumsilikate oder ihre wässrigen Lösungen bezeichnet. Damit unterscheidet sich Wasserglas von einem herkömmlichen Glas insbesondere durch seine Eigenschaften, wie die Porosität. Das für das Matrixmaterial eingesetzte Wasserglas kann zumindest aus Lithiumwasserglas, Natriumwasserglas, Kaliumwasserglas oder einer Mischung daraus bestehen oder diese Alkaliwassergläser aufweisen. Die Erfinder haben erkannt, dass insbesondere eine Kombination von Lithiumwasserglas und Kaliumwasserglas hervorragende Eigenschaften für das Matrixmaterial aufweist. Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen Lithiumwasserglas und Kaliumwasserglas zwischen 1:3 bis 3:1. Insbesondere ist das Verhältnis zwischen Lithiumwasserglas und Kaliumwasserglas 1:3, 1:1 oder 3:1, vorzugsweise 1:1.
  • Die Alkaliwassergläser können beispielweise ein Modul von 1,5 bis 5 besitzen, vorzugsweise ein Modul von 2,5 bis 4,5. Der Begriff Modul ist das molare Verhältnis von SiO2 zu Alkalioxid und dem Fachmann bekannt. Daher wird es an dieser Stelle nicht näher erläutert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement ein Matrixmaterial auf. Vorzugsweise sollte reines Matrixmaterial ohne Verunreinigungen, wie beispielsweise Eisen oder anderer tranmissionsverringender Stoffe verwendet werden, um Absorptionsverluste zu vermeiden.
  • Als Matrixmaterial kann beispielsweise ein Metallphosphat, wie Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat oder ein modifiziertes Monoaluminiumphosphat, verwendet werden. Es können insbesondere Reagenzien, die zum Beispiel einen oxidierenden Einfluss während der Beschichtung, des Trocknens oder der Aushärtung haben, verwendet werden, um ein intrinsisches Absorptionsverhalten des Matrixmaterials zu vermeiden, denn das reduziert die Effizienz. Ebenfalls möglich ist eine Temperaturbehandlung in einer definierten Atmosphäre.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionsmaterial in dem Matrixmaterial homogen verteilt. Alternativ kann das Konversionsmaterial in dem Matrixmaterial einen Konzentrationsgradienten, beispielsweise in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge eine Erhöhung der Konzentration des Konversionsmaterials, aufweisen. Beispielweise können größere Partikel näher zum Substrat hin und kleinere Partikel an der Oberfläche des Konversionselements, also von der dem Substrat abgewandten Seite, angeordnet sein. Damit kann die Rückstreuung reduziert werden. Insbesondere kann die Rückstreuung des blauen Lichts, also des von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Lichts, reduziert werden. Damit wird der Anteil der blauen Strahlung, der zurück auf die Halbleiterschichtenfolge trifft, reduziert. Dies kann einen Effizienzvorteil bieten, da in der Regel ein Teil des Lichts in der Halbleiterschichtenfolge bzw. an angrenzenden Schichten, wie beispielsweise einer Verspiegelung, absorbiert wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Matrixmaterial zumindest ein kondensiertes Sol-Gel-Material auf oder besteht daraus. Sol-Gel-Materialien werden hier und im Folgenden als diejenigen Materialien bezeichnet, die mittels eines Sol-Gel-Prozesses hergestellt sind. Der Sol-Gel-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung von anorganischen oder hybridpolymeren Materialien aus Kolloidaldispersionen, den so genannten Solen. Die Ausgangsmaterialien werden auch als Precursormaterialien bezeichnet. Aus ihnen entstehen in Lösung in einer ersten Grundreaktion feinste Teilchen. Durch die spezielle Weiterverarbeitung der Sole lassen sich Pulver, Fasern, Schichten oder Aerogele erzeugen. Dabei ist der wesentliche Grundprozess des Sol-Gel-Prozesses die Hydrolyse der Precursormaterialien und die Kondensation zwischen den dabei entstehenden reaktiven Spezies. Der Sol-Gel-Prozess ist dem Fachmann hinreichend bekannt und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Sol-Gel-Material aus folgender Gruppe ausgewählt: Wasserglas, Metallphosphat, Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat, modifiziertes Monoaluminiumphosphat, Alkoxytetramethoxysilan, Tetraethylorthosilikat, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Titanalkoxid, Kieselsol, Metallalkoxid, Metalloxan, Metallalkoxan.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Matrixmaterial einen Anteil von 10 bis 70 Vol% in der ersten Schicht auf. Vorzugsweise ist der Anteil bei 15 bis 50 Vol%, beispielsweise bei 20 bis 40 Vol%.
  • Optoelektronische Bauelemente, die vorzugsweise kaltweißes Licht emittieren, weisen vorzugsweise ein Sol-Gel-Material mit einem Anteil zwischen 10 und 70 Vol% in der ersten Schicht auf.
  • Optoelektronische Bauelemente, die warmweißes Licht emittieren, weisen vorzugsweise einen Anteil an dem Sol-Gel-Material in der ersten Schicht zwischen 20 bis 40 Vol% auf. Der Anteil des Sol-gel-Materials hängt unter anderem von der Partikelgröße und vom Aktivatorgehalt des Konversionsmaterials ab und ist nicht auf die angegebenen Werte beschränkt.
  • Durch den Anteil des Sol-Gel-Materials in dem Konversionselement kann eine sehr gute Feuchtestabilität erzeugt werden und damit ein stabiles optoelektronisches Bauelement erzeugt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Substrat frei von dem Sol-Gel-Material oder Matrixmaterial. Mit anderen Worten weist das Substrat kein Sol-Gel-Material als Bestandteil auf. Damit ist aber nicht gemeint, dass die Oberflächen des Substrats frei von dem Sol-Gel-Material des Konversionselements sind. Beispielsweise kann das Konversionselement oder die erste Schicht, welche das Sol-Gel-Material aufweist, auf das Substrat direkt appliziert werden, wobei dabei eine direkte Verbindung zwischen Substrat und Sol-Gel-Material erfolgt. Das Substrat dient dabei zur mechanischen Stabilisierung der ersten Schicht, sodass das Konversionselement freitragend ausgeformt ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial aus einer Metallphosphatlösung, beispielsweise eine Lösung aus Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat odermodifiziertem Monoaluminiumphosphat hergestellt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial ein kondensiertes Sol-Gel Material, das aus einer Aluminiumphosphatlösung oder aus einer Monoaluminiumphosphatlösung oder aus einer modifizierten Monoaluminiumphosphatlösung hergestellt wurde.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial ein kondensiertes Sol-Gel Material, das aus einer Lösung aus Wasserglas oder aus einer Mischung einer Lösung von mehreren Wassergläsern und gegebenenfalls zusätzlichen Härtern hergestellt wurde.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das freitragende Konversionselement mittels eines Klebers auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet. Mit Hauptstrahlungsaustrittsfläche ist die Fläche der Halbleiterschichtenfolge gemeint, die der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge senkrecht angeordnet ist und dem Konversionselement zugewandt ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Konversionselement mittels eines Klebers auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche geklebt. Das Kleben kann mittels eines anorganischen oder organischen Klebers erfolgen. Die Kleberschicht sollte möglichst dünn, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 500 nm bis 15 µm, insbesondere von 1 µm bis 10 µm, idealerweise von 2 µm bis 7 µm ausgeformt sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kleber ein Silikon und das freitragende Konversionselement frei von dem Silikon.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement mittels eines Klebers auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet wobei das Konversionselement mit der Seite der ersten Schicht aufgeklebt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement mittels eines Klebers auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet wobei die Seite des Substrats, die nicht mit der ersten Schicht beschichtet ist, aufgeklebt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht mittels eines Klebers auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet, und wobei die erste Schicht direkt auf dem Substrat angeordnet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das optoelektronische Bauelement im Betrieb Strahlung mit einer Farbtemperatur zwischen 2500 K bis 4500 K. Zusätzlich kann der Farbwiedergabeindex CRI zwischen 70 und 100 sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement im Betrieb Strahlung mit einer Farbtemperatur zwischen 4500 K bis 8000 K auf. Zusätzlich kann das optoelektronische Bauelement einen Farbwiedergabeindex CRI zwischen 70 und 100 aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das kondensierte Sol-Gel-Material einen Anteil zwischen 20 und 50 Vol% in der ersten Schicht auf. Ein optoelektronisches Bauelement, das vorzugsweise warmweißes Licht emittiert, weist vorzugsweise einen Anteil zwischen 20 bis 40 Vol% auf. Der Anteil der Volumenprozente bezieht sich hier auf den Gesamtanteil der ersten Schicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement anorganisch. Mit anderen Worten weist das Konversionselement nur anorganische Bestandteile auf und ist frei von organischen Materialien. Beispielsweise weist das Konversionselement kein Silikon auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in dem Konversionselement mehrere Konversionsmaterialien enthalten um den Farbort oder CRI einzustellen. Durch Kombination beispielsweise eines grünen und roten Konversionsmaterials kann warmweißes oder kaltweißes Licht, insbesondere mit einem hohen CRI erzeugt werden.
  • Durch die Verwendung von zwei Konversionsmaterialarten kann das Emissionsspektrum entsprechend angepasst werden und ein gewünschter CRI und R9-Wert erhalten werden. Gewöhnlich weist das Konversionsmaterial Partikel auf, die eine unterschiedliche Partikelgrößenverteilung aufweisen. Bei Verwendung von mehreren Konversionsmaterialien hat sich herausgestellt, dass die entsprechende Anpassung der Partikelgröße entscheidend sein kann, um eine möglichst dichte Packung zu erzeugen und damit eine kompakte erste Schicht mit einer guten thermischen Leitfähigkeit zu erhalten. Alternativ können auch Partikel eines Konversionsmaterials mit unterschiedlichen Größen vermischt werden um eine dichte Packung zu erzeugen.
  • Durch Sedimentation der Konversionsmaterialien kann ein Schichteffekt erzeugt werden. Dabei kann die unterschiedliche Sedimentationsgeschwindigkeit der Konversionsmaterialien ausgenutzt werden. Die unterschiedliche Sedimentationsgeschwindigkeit resultiert aufgrund der unterschiedlichen Partikelgröße, Form und/oder Dichte des Konversionsmaterials. Eine derartige Anordnung kann zu einer besseren Wärmeabführung, zu einem reduzierten Intensitätsquenchen, beispielsweise eines rot emittierenden Konversionsmaterials, oder zu einer Veränderung des CRI oder R9-Wertes führen. Dies kann durch eine unterschiedliche Reabsorption der Konversionsmaterialien verursacht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind lateral strukturierte Schichten erzeugt, die in Bezug auf Dicke, Kompaktheit, Matrixmaterial, Konversionsmaterial, Streuer und/oder Füllstoff variieren können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann nach dem Aufbringen des Konversionselements auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche das Substrat entfernt werden. Das Entfernen kann beispielsweise mittels Liftoff erfolgen oder durch andere Prozesse, beispielsweise durch chemisches Auflösen oder durch einen mechanischen oder thermischen Abtrag. Alternativ kann statt Liftoff auch eine Opferschicht zwischen Substrat und erster Schicht verwendet werden, wobei die Opferschicht beispielsweise chemisch, thermisch, oder durch Strahlung derart modifiziert wird, dass eine Entfernung des Substrats möglich ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Substrat mit einem thermischen Expansionskoeffizienten derart verwendet, dass das Konversionselement und das Substrat einen geringen Verzug nach dem Aushärten während der Herstellung durch Temperaturänderung aufweist. Das Vereinzeln kann mittels Sägen, beispielsweise mittels Diamantsäge, mittels Laserschneiden, mittels Anritzen und Brechen oder mit dem sogenannten „Stealth Dicing“ erfolgen. Der Ausdehnungskoeffizient des Substrates liegt beispielsweise bei 4*10-6 1/K bis 11*10-6 1/K, vorzugsweise bei 5*10-6 1/K bis 10*10-6 1/K für einen Temperaturbereich von 20-300°C.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch die Kombination der hier beschriebenen Halbleiterschichtenfolge und dem Konversionselement ein Bauelement bereitgestellt werden kann, das eine hohe Leuchtdichte mit einem hohen Farbwiedergabeindex aufweist. Im Vergleich zu herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen, die Silikon als Matrixmaterial in dem Konversionselement aufweisen, weisen die hier beschriebenen anorganischen Matrixmaterialien eine hohe thermische Leitfähigkeit, eine hohe Temperaturstabilität und eine hohe Stabilität gegenüber Strahlung auf. Die erste Schicht kann ähnlich dünn, ggf. sogar dünner ausgeformt werden verglichen mit herkömmlichen Konversionselementen, die ein Silikon als Matrixmaterial aufweisen. Dies ist möglich, da das Matrixmaterial hier ein kondensiertes Sol-Gel-Material ist, das typischerweise eine geringere Viskosität im Vergleich zu Silikon aufweist und damit ein höherer Konversionsmaterialanteil während der Herstellung eingebracht werden kann. Zudem schrumpft das kondensierte Sol-Gel-Material während der Herstellung, hauptsächlich durch den Entzug des Lösemittels, sodass mehr Kompaktheit resultiert. Zudem ist die hier beschriebene erste Schicht auf einem Substrat angeordnet, um damit eine mechanische Stabilisierung eines freitragenden Konversionselements zu erzeugen. Es kann damit leicht im Pick-and-Place-Prozess auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet werden. Die Anordnung des Konversionselements kann direkt auf der Halbleiterschichtenfolge sein. Alternativ können zwischen dem Konversionselement und der Hauptstrahlungsaustrittsfläche weitere Schichten oder Elemente, wie beispielsweise der Kleber, eine Passivierungsschicht, und/oder eine Verkapselung, angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche und dem Substrat die erste Schicht angeordnet. Mit anderen Worten wird hier das Konversionselement über die erste Schicht auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche aufgeklebt. Diese Ausrichtung des Konversionselementes ist bevorzugt, da dadurch das Konversionsmaterial in der ersten Schicht möglichst nahe an der Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet ist und die in der ersten Schicht entstehende Wärme gut über die Hauptstrahlungsaustrittsfläche abgeleitet werden kann, wodurch die Effizienz und/oder Lebensdauer steigt.
  • Alternativ kann zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche und der ersten Schicht das Substrat angeordnet sein. Mit anderen Worten wird hier das Konversionselement über diejenige Substratseite auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche aufgeklebt, die nicht mit der ersten Schicht beschichtet ist.
  • Das hier beschriebene anorganische Konversionselement kann bei höheren Betriebsströmen als Konversionselemente, die organische Materialien aufweisen, betrieben werden. Zudem weisen diese Konversionselemente eine höhere Leuchtdichte und höheren Lichtstrom auf und können einen hohen Farbwiedergabeindex (CRI) besitzen.
  • Vorzugsweise sollte das Konversionselement sehr dünn sein, hochgefüllt mit dem Konversionsmaterial und anorganisch ausgeformt sein. Das Substrat kann transmissiv (transparent oder transluzent) ausgeformt sein. Damit wird hier und im Folgenden ein Substrat bezeichnet, das eine interne Transmission von > 90 %, vorzugsweise > 95 %, besonders bevorzugt > 99 % zumindest in Bezug auf die Primär- und Sekundärwellenlängen aufweist. Interne Transmission meint hier die Transmission ohne Reflektion an den Oberflächen (Fresnel-Reflektion).
  • Der Kleber kann zudem das gleiche Material wie die hier beschriebenen Matrixmaterialien für das Konversionselement sein. Alternativ kann der Kleber ein Glas, insbesondere ein niedrigschmelzendes Glas, oder ein Polymer sein. Der Kleber kann Füllstoffe aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Konversionsmaterial und/oder das Matrixmaterial auf dem Substrat mittels Rakeln, Siebdruck, Schablonendruck, Dispensen, Sprühbeschichtung, Spin Coating, elektrophoretischer Abscheidung oder durch eine Kombination dieser verschiedenen Methoden erzeugt.
  • Durch die hier verwendeten optoelektronischen Bauelemente ergeben sich zahlreiche Vorteile:
  • Ein optoelektronisches Bauelement kann mit einem hohen Farbwiedergabeindex bei signifikant höherer Betriebsstromdichte bereitgestellt werden verglichen mit Konversionselementen, die Silikon als Matrixmaterial aufweisen. Es können Hochleistungswarmweiße und -kaltweiße optoelektronische Bauelemente zur Verfügung gestellt werden. Zudem können die optoelektronischen Bauelemente für andere Farborte oder für Vollkonversionsanwendungen eingesetzt werden. Die Anpassung der Farborte und der Farbwiedergabeindex der emittierenden Strahlung für Hochleistungsanwendungen, die beispielsweise bei keramischen Konvertern nicht möglich ist, kann hier erfolgen. Eine höhere Leuchtdichte und ein höherer Lichtstrom pro Chipfläche verglichen mit optoelektronischen Bauelementen, die Silikon als Matrixmaterialien aufweisen, kann zur Verfügung gestellt werden. Eine höhere Betriebsleistung durch die bessere Wärmeabführung kann im Vergleich zu organischen Matrixmaterialien, wie Silikon, verwendet werden. Zudem können diese optoelektronischen Bauelemente bei höheren Betriebstemperaturen betrieben werden, verglichen mit Silikon als Matrixmaterial, da herkömmliche Bauelemente mit Silikon als Matrixmaterial bereits bei 160 bis 180 °C degradieren. Zudem können mehrere optoelektronische Bauelemente gleichzeitig hergestellt werden. Das senkt die Produktionskosten und -zeit.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Dabei wird vorzugsweise das hier beschriebene optoelektronische Bauelement mit dem Verfahren erzeugt. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen für das optoelektronische Bauelement auch für das Verfahren und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
    1. A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich, der zumindest über eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche in Betrieb Strahlung emittiert,
    2. B) Aufbringen eines Konversionselements zumindest auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche, das freitragend ist und vor dem Aufbringen wie folgt hergestellt wird:
      • B1) Einbringen von zumindest einem Konversionsmaterial in ein Matrixmaterial zur Erzeugung einer Dispersion, wobei das Matrixmaterial zumindest eine Lösung eines Sol-Gel-Materials aufweist, das aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Wasserglas, Metallphosphat, Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat, modifiziertes Monoaluminiumphosphat, Alkoxytetramethoxysilan, Tetraethylorthosilikat, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Titanalkoxid, Kieselsol, Metallalkoxid, Metalloxan, Metallalkoxan
      • B2) Aufbringen einer Dispersion auf ein Substrat zur Erzeugung einer ersten Schicht, wobei das Substrat frei von dem Sol-Gel-Material und dem Konversionsmaterial ist und zur mechanischen Stabilisierung dient,
      • B3) Erhitzen des Substrats und der ersten Schicht auf maximal 500 °C oder 350 °C, und
      • B4) gegebenenfalls Glätten einer dem Substrat abgewandten Oberfläche der ersten Schicht.
  • Der Schritt B) kann beispielsweise mittels Rakeln, Siebdruck, Schablonendruck, Dispensen, Sprühbeschichtung, Spincoaten oder Tauchbeschichtung erfolgen. Als Dispersion wird hier insbesondere eine homogene Mischung aus zumindest zwei Stoffen bezeichnet. Das Glätten kann beispielsweise durch Polieren oder Schleifen erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt nach Schritt B3) oder B4) ein zusätzlicher Schritt B5): Vereinzeln des Substrats und der ersten Schicht zur Erzeugung einer Mehrzahl von Konversionselementen, wobei zumindest ein Konversionselement auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche angeordnet wird.
  • Um eine kompakte erste Schicht zu erzeugen, kann es von Vorteil sein, die erste Schicht in mehr als einem Schritt zu erzeugen. Beispielsweise kann die erste Schicht mehrere Teilschichten aufweisen, die nacheinander erzeugt werden und damit eine geringere Schichtdicke aufweisen und kompakter hergestellt werden können als eine einzelne erste Schicht.
  • Das Trocknen und Aushärten kann zwischen den einzelnen Herstellungsschritten des Aufbringens der Teilschichten erfolgen. Da das Konversionselement eine gewisse Porosität hat, können in die Poren ein Material, beispielsweise ein Polymer, wie Silikon oder Polysilazan, oder generell ein Material, das eine geringe Lichtabsorption im Wellenlängenbereich der Anregungswellenlänge oder des konvertierten Lichts aufweist, eingebracht werden.
  • Es kann zusätzlich eine Beschichtung auf dem Konversionselement aufgebracht werden, um die Poren des Konversionselements zu schließen. Die Beschichtung kann das gleiche Matrixmaterial aufweisen. Die Beschichtung kann zudem einen Füllstoff aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Kanten des Konversionselements beschichtet werden, beispielsweise mittels Molding oder Casting. Dazu kann beispielsweise Silikon mit Titandioxidpartikel an den Kanten des Konversionselements angebracht werden.
  • Zwischen dem Substrat und der ersten Schicht können weitere Schichten angeordnet sein, beispielsweise Schutzschichten, die das Substrat vor einem harten Konversionsmaterial schützen können, um zu vermeiden dass das Substrat bei der Beschichtung beschädigt wird und sich beispielsweise Kratzer, Risse, oder Mikrorisse bilden. Eine Schutzschicht kann beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid sein.
  • Die laterale Ausdehnung des Konversionselements kann beispielsweise 1 mm × 1 mm oder ungefähr 1,3 mm × 1,5 mm sein. Im Prinzip sind aber auch andere Dimensionen möglich. Die Gesamtdicke des Konversionselements kann zwischen 30 µm und 2 mm, bevorzugt zwischen 50 µm und 500 µm, besonders bevorzugt zwischen 100 µm und 250 µm liegen.
  • Zudem kann das Konversionselement Bereiche aufweisen, in denen Aussparungen vorliegen, um beispielsweise beim Anbringen des Konversionselements auf der Halbleiterschichtenfolge ein Bondpad freizulassen, über das die Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktiert wird. Dieser Bereich kann nachträglich erzeugt werden. Das Erzeugen kann mechanisch, beispielsweise durch Sägen oder Laserschneiden erfolgen.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Konversionselement. Dabei weist vorzugsweise das hier beschriebene optoelektronische Bauelement das Konversionselement auf. Dabei gelten alle Ausführungen und Definitionen für das optoelektronische Bauelement auch für das Konversionselement und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement freitragend und gegebenenfalls im Strahlengang der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Das freitragende Konversionselement weist ein Substrat und eine erste Schicht auf, wobei die erste Schicht zumindest ein Konversionsmaterial aufweist, das in einem Matrixmaterial eingebettet ist, wobei das Matrixmaterial zumindest ein kondensiertes Sol-Gel Material aufweist, das aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Wasserglas, Metallphosphat, Monoaluminiumphosphat, Aluminiumphosphat, modifiziertes Monoaluminiumphosphat, Alkoxytetramethoxysilan, Tetraethylorthosilikat, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Titanalkoxid, Kieselsol, Metallalkoxid, Metalloxan, Metallalkoxan, wobei das kondensierte Sol-Gel Material einen Anteil zwischen 10 und 70 Vol% in der ersten Schicht aufweist, wobei das Substrat frei von dem Sol-Gel Material und dem Konversionsmaterial ist und zur mechanischen Stabilisierung der ersten Schicht dient.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • Die 1A bis 1H jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
    • die 2A bis 2D jeweils ein optoelektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform,
    • die 3A, 3B, 3D, 3E und 9A bis 9E jeweils rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen gemäß einer Ausführungsform,
    • die 3C und 3F jeweils eine Oberflächenaufnahme mittels Cyber-Scan-Profilometrie gemäß einer Ausführungsform,
    • die 4 die Temperatur als Funktion der Stromdichte,
    • die 5A bis 5F ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
    • die 6 ein optoelektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform,
    • die 7A bis 7H jeweils Daten von Robustheitstests, und
    • die 8A bis 8D und 9F optoelektronische Bauelemente gemäß Vergleichsbeispielen oder eines Ausführungsbeispiels.
  • 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 1A bis 1H zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform.
  • Das optoelektronische Bauelement 100 der 1A weist eine Halbleiterschichtenfolge 1 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 1 kann beispielsweise aus InAlGaN sein. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen aktiven Bereich auf, der zumindest über eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche 11 im Betrieb Strahlung emittiert. Beispielsweise emittiert die Halbleiterschichtenfolge 1 Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Direkt auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche 11 ist ein Konversionselement 2 angeordnet. Alternativ können zwischen dem Konversionselement 2 und der Halbleiterschichtenfolge 1 weitere Schichten, beispielsweise eine Kleberschicht 3, wie in den 1D bis 1G gezeigt, angeordnet sein.
  • Das Konversionselement 2 weist eine erste Schicht 22 auf, die auf einem Substrat 21 angeordnet ist. Die Anordnung kann direkt oder indirekt erfolgen. Direkt meint hier, dass keine weiteren Schichten oder Elemente zwischen der ersten Schicht 22 und dem Substrat 21 angeordnet sind (siehe 1B). Die erste Schicht 22 kann ein Matrixmaterial 221, also ein kondensiertes Sol-Gel-Material, beispielsweise Wasserglas oder Metallphosphat, aufweisen. In dem Matrixmaterial 221 kann zumindest ein Konversionsmaterial 222 eingebettet sein. Es können auch mehr als ein Konversionsmaterial 222 in dem Matrixmaterial 221 eingebettet sein. Als Konversionsmaterial 222 eignen sich jegliche Materialien, die zur Konversion der von der Halbleiterschichtenfolge 1 emittierten Strahlung in Strahlung mit veränderter, meist längerer, Wellenlänge, eingerichtet sind.
  • Die erste Schicht 22 kann eine dem Substrat 21 abgewandte Oberfläche 8 aufweisen, die strukturiert ist. Die Strukturierung kann durch Polieren, Schleifen, Ätzen oder durch eine Beschichtung erfolgen.
  • Wie in 1C gezeigt ist, kann das Konversionselement 2 nicht nur eine erste Schicht 22 aufweisen, sondern die erste Schicht 22 kann aus weiteren Teilschichten 4 und 5 gebildet sein. In den Teilschichten 4, 5 können jeweils Konversionsmaterialien 222, 224 angeordnet sein. Die Konversionsmaterialien 222, 224 können gleich oder unterschiedlich sein. Die Konversionsmaterialien 222, 224 sind jeweils in einem Matrixmaterial 221, 223 eingebettet. Das Matrixmaterial 221, 223 kann beispielsweise Wasserglas oder Metallphosphat sein. Das Matrixmaterial 221, 223 der Teilschicht 4 und der Teilschicht 5 können gleich oder unterschiedlich sein. Die Teilschichten 4, 5 können auf dem Substrat 21 angeordnet sein. Das Substrat 21 kann aus Glas, Glaskeramik, Saphir oder transmissiver Keramik sein.
  • Die 1D zeigt, dass zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und dem Konversionselement 2 eine Kleberschicht 3 angeordnet ist.
  • Wie in 1E gezeigt, kann zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche 11 (hier nicht gezeigt) und der ersten Schicht 22 das Substrat 21 angeordnet sein. Das Substrat 21 kann also direkt der Kleberschicht 3 oder der Hauptstrahlungsaustrittsfläche 11 nachgeordnet sein.
  • Alternativ, wie in 1F gezeigt, kann zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche 11 (hier nicht gezeigt) und dem Substrat 21 die erste Schicht 22 angeordnet sein. Die erste Schicht 22 kann also direkt der Kleberschicht 3 oder der Hauptstrahlungsaustrittsfläche 11 nachgeordnet sein.
  • Die 1G zeigt die Anordnung des optoelektronischen Bauelements 100 in einem Gehäuse 7. Das Gehäuse kann eine Ausnehmung aufweisen, in dem das optoelektronische Bauelement 100 angeordnet ist. Die Ausnehmung kann mit einem Verguss 6, beispielsweise aus Silikon oder einem anderen anorganischen Vergussmaterial, gefüllt sein.
  • Die 1H zeigt die Anordnung des optoelektronischen Bauelements 100 in einem Gehäuse 7. Das Gehäuse kann eine Ausnehmung aufweisen, in dem das optoelektronische Bauelement 100 angeordnet ist. Die Ausnehmung kann mit einem Verguss 6, beispielsweise aus Silikon oder einem anderen anorganischen Vergussmaterial, gefüllt sein. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 1G ist hier der Verguss 6 nur bis zur Oberkante des Konversionselements gefüllt. Der Verguss 6 kann hier beispielsweise Silikon gefüllt mit TiO2 Partikeln aufweisen.
  • Die 2A und 2B zeigen jeweils rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines Konversionselements 2 gemäß einer Ausführungsform.
  • Die 2A zeigt ein Glassubstrat 21, auf dem eine erste Schicht 22 angeordnet ist. Die erste Schicht weist Aufrauhungen auf deren Oberfläche 8, die dem Substrat 21 abgewandt ist, auf. Im Vergleich dazu, ist, wie in 2B gezeigt, diese Oberfläche 8 geglättet. Die Glättung kann beispielsweise durch Polieren oder Schleifen erfolgen. Es können damit sehr dünne erste Schichten 22 erzeugt werden, beispielsweise mit einer Schichtdicke von < 50 µm.
  • Es kann damit ein optoelektronisches Bauelement 100 zur Verfügung gestellt werden, das wie mit einer Silikonmatrix alle Farborte und einen hohen Farbwiedergabeindex aufweist. Im Vergleich zu einer Silikonmatrix kann das Bauelement 100 aber bei hohen Betriebsströmen bzw. -stromdichten und Temperaturen betrieben werden. Das optoelektronische Bauelement 100 kann, wie in den 2C und D gezeigt, auch matrixförmig angeordnet sein. Die laterale Ausdehnung des Konversionselements kann beispielsweise 1 mm × 1 mm oder ungefähr 1,3 mm × 1,5 mm sein.
  • Die 3A bis 3F zeigen den Vergleich von Konversionselementen, die poliert (3D bis 3F) oder unpoliert (3A bis 3C) sind.
  • Die 3A zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM), bei dem das Matrixmaterial 221 Aluminiumphosphat ist, wobei die erste Schicht 22 keine polierte Oberfläche aufweist. Die 3B zeigt den dazugehörigen Querschnitt nach Aufkleben auf eine Halbleiterschichtenfolge 1 und die 3C die zugehörige Cyber-Scan-Profilometrie.
  • Im Vergleich dazu zeigt die 3D eine polierte Oberfläche der ersten Schicht 22, bei der das Matrimaterial 221 Aluminiumphosphat ist, die 3E einen Querschnitt einer polierten ersten Schicht nach Aufkleben auf eine Halbleiterschichtenfolge 1 und die 3F eine Cyber-Scan-Profilometrie.
  • Es ist zu sehen, dass durch die Verwendung einer polierten Oberfläche die Partikel des Konversionsmaterials angeschliffen werden und damit auch eine Reduzierung der Schichtdicke der Kleberschicht 3 erfolgen kann. Beispielsweise kann durch das Polieren die Schichtdicke der Kleberschicht 3 von ursprünglich 15 µm, also unpoliert, auf 5 µm reduziert werden und damit die Wärmeabführung erhöht werden, wodurch eine höhere Betriebsstromdichte ermöglicht wird
  • Die 4 zeigt die Konvertertemperatur T in °C gemessen von der der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Konversionselements in Abhängigkeit von der Betriebsstromdichte I in A / mm2 einer Halbleiterschichtenfolge 4-1, die lediglich blaues Licht emittiert, eines Konversionselements 4-2, das eine polierte Oberfläche 8 aufweist, eines Konversionselements 4-3, das eine unpolierte Oberfläche 8 aufweist, und als Referenz R ein Konversionselement mit einem Konversionsmaterial 222 in dem Matrixmaterial Silikon.
  • Aus der Abbildung ist zu erkennen, dass eine signifikante Reduzierung der Konvertertemperatur eines polierten Konversionsmaterials, in dem hier beispielsweise Aluminiumphosphat als Matrixmaterial verwendet wird, bei hohen Betriebsströmen von 3 A/mm2 erzeugt werden kann. Das Aufbringen eines Konversionsmaterials auf einem Substrat, insbesondere Glas, ermöglicht die Verwendung von höheren Betriebsströmen und -stromdichten und eines höheren Lichtstroms pro Chipfläche für warmweiße Anwendungen.
  • Die 5A bis 5F zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere wird hier ein Konversionselement 2 hergestellt. Dabei wird ein Konversionsmaterial 222 bereitgestellt und in einem flüssigen Sol-Gel-Material 221 eingebracht. Es wird eine Dispersion erzeugt (siehe 5B). Diese Dispersion kann auf einem gesäuberten Substrat 21 aufgebracht werden. Das Säubern kann beispielsweise mit einem Lösungsmittel oder mit Ultraschall oder durch eine Plasmabehandlung erfolgen. Der Volumenanteil des Matrixmaterials 221 in der ersten Schicht 22 ist zwischen 10 und 70 Vol%. Das Vermischen zur Herstellung der Dispersion kann mittels Homogenisierung erfolgen. Die Dispersion kann anschließend, wie in 5C gezeigt, mittels Doktorblading auf einem Substrat, beispielsweise auf Glas, aufgebracht werden. Anschließend kann ein Erhitzen, beispielsweise auf 350 °C, erfolgen. Das Erhitzen kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen. Gegebenenfalls können anschließend die Oberflächen des Konversionsmaterials, wie in Figur 2E, geglättet werden. Anschließend kann optional ein Vereinzeln erfolgen, sodass mehrere Konversionselemente, wie in 5F gezeigt, kostengünstig erzeugt werden. Das Vereinzeln kann beispielsweise mittels einer Säge erfolgen.
  • Die 6 zeigt einen Bereich 6-1 der Oberfläche des Konversionselements 2, das mit Sandstrahlen behandelt wurde. Damit kann der gelbliche Farbeindruck, den der äußere Betrachter wahrnimmt, reduziert werden. Zudem kann die Lichtextraktion verbessert und die Effizienz erhöht werden und/oder die Farborthomogenität über den Winkel verbessert werden.
  • Die 7A bis 7H zeigen jeweils verschiedene Robustheitstests der hier beschriebenen optoelektronischen Bauelemente. Die 7A, 7C, 7E und 7G zeigen die Abhängigkeit von Iv in % und der Zeit t in h. Dabei bezeichnet Iv die Lichtstärke gemessen senkrecht zur Hauptstrahlungsaustrittsfläche relativ zum Wert bei 0 h. Die 7B, 7D, 7F und 7H zeigen die Abhängigkeit von Δx in Einheiten von 0.001 und der Zeit t in h. Dabei bezeichnet Δx die absolute Veränderung der x-Komponente des Farborts (in der CIE Normfarbtafel) der Gesamtstrahlung des Bauelements gegenüber der x-Komponente bei 0 h.
  • Als Matrixmaterial 221 wird Aluminiumphosphat verwendet, als grünes Konversionsmaterial 222 LuAG:Ce und als rotes Konversionsmaterial 224 CaAlSiN:Eu. Das Substrat 21 ist ein Glassubstrat und weist eine Dicke von 170 µm auf. Das Glas ist von der Firma Schott und weist den Handelsnamen D263 auf. Die Tests wurden bei unterschiedlichen Temperaturen und Betriebsströmen bzw. bei definierter Temperatur und Luftfeuchtigkeit durchgeführt bei einer Fläche der Halbleiterschichtenfolge von ca. 1 mm × 1mm. Aus allen Abbildungen ist zu erkennen, dass die hier beschriebenen optoelektronischen Bauelemente 100 eine hohe Stabilität bei hohen Temperaturen und Betriebsströmen bzw. Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufweisen.
  • Die 8A bis 8D zeigen jeweils Konversionselemente als Vergleichsbeispiele (8A bis 8C) und eines Ausführungsbeispiels (8D). Bei dem Konversionselement der 8A wurde Silikon als Matrixmaterial verwendet, das Konversionselement der 8B weist einen Keramikkonverter auf, das Konversionselement der 8C weist als Matrixmaterial herkömmliches Glas auf und das Konversionselement der 8D ist das Konversionselement für das hier beschriebene Bauelement mit den hier beschriebenen kondensierten Sol-Gel-Materialien als Matrixmaterial 221 (g-grün, y- gelb, r- rot, w -warmweiß).
  • Das Bauelement der 8A kann aufgrund des Silikons nicht bei hohen Temperaturen verwendet werden, da Silikon degradiert. Das Bauelement der 8B kann für hochleistungsoptoelektronische Bauelemente verwendet werden, jedoch kann keine Mischung von Konversionsmaterialien verwendet und keine warmweißen Bauelemente zur Verfügung gestellt werden. Dadurch ist der Farbwiedergabeindex bei diesen Konversionsmaterialien begrenzt. Bei dem Bauelement der 8C sind hier zwar warmweiße optoelektronische Bauelement herstellbar, aber üblicherweise sind diese im Hinblick auf den Farbwiedergabeindex ebenfalls begrenzt. Das hier erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement kann alle diese Nachteile überwinden und zeigt den Vorteil, dass durch die Verwendung des anorganischen kondensierten Sol-Gel-Materials, wie beispielsweise Aluminiumphosphat, Monoaluminiumphosphat oder modifiziertes Monoaluminiumphosphatalle herkömmlichen Konversionsmaterialien eingemischt werden können und damit ein Bauelement mit einer hohen Leuchtdiche und Stabilität bereitgestellt werden kann.
  • Im Folgenden werden optoelektronische Bauelemente jeweils gemäß einer Ausführungsform beschrieben.
  • Beispiel 1:
  • Aluminiumphosphat6 warmweiß Konverter mit hohem CRI und R9
  • Es wird eine Suspension aus Aluminiumphosphat mit einer warmweißen Leuchtstoffmischung1 hergestellt. Optional kann die Suspension mit destilliertem Wasser verdünnt werden, um die Viskosität anzupassen. Das fest zu flüssig Massenverhältnis sollte zischen 1:2 und 1:0,3 insbesondere zwischen 1:1,5 und 1:0,4 im Idealfall soll es 1:0,5 betragen. Die Suspension wird beispielsweise mittels Rakel auf einem Substrat2 aufgetragen. Der Rakelspalt kann zwischen 10 - 200 µm, im speziellen zwischen 30 - 100 µm und im Idealfall zwischen 40 - 80 µm sein. Die Auftragungsgeschwindigkeit wird typischerweise zwischen 1 - 99 mm/sek. variiert. Nach dem Beschichtungsprozess wird das frisch beschichtete Substrat an normaler Luft, in einem Reinraum oder einem Trockenschrank vorgetrocknet. Die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit kann zwischen 18 - 50 °C und 0 - 80 g/m3, im speziellen zischen 18 - 30 °C und 0 - 50 g/m3 und im Idealfall zischen 19 - 23 °C und 0 - 30 g/m3 konstant gehalten werden. Nach dem Vortrocknen wird das Substrat typischerweise mit einem Diamantschneider in gleich große Teile geschnitten und bei Temperaturen zwischen 150 °C - 450 °C für 10 bis 120 min eingebrannt.
  • Die 9A und 9B zeigen zwei exemplarische REM Bilder (Draufsicht) einer Probe mit Aluminiumphosphat und warmweißer Leuchtstoffmischung.
  • Die 9c zeigt eine exemplarische Seitenansicht einer Probe mit Aluminiumphosphat und warmweißer Leuchtstoffmischung. H meint Hochspannung, A Arbeitsabstand und V Vergrößerung.
  • Nach dem Einbrennen werden die Substrate durch einen Polier-, Läpp-, Schleifprozess oder durch eine Kombination der verschiedenen Verfahren weiter veredelt.
  • Die 9D zeigt ein exemplarisches REM Bild einer polierten Aluminiumphosphat warmweiß Beschichtung.
  • Die 9E zeigt ein exemplarisches REM Bild einer geschliffenen Aluminiumphosphat warmweiß Beschichtung. Nach der finalen Oberflächenbehandlung wird das Substrat typischerweise mittels Wafer- oder Lasersäge in beispielsweise 1 mm × 1 mm große Konverter geschnitten
  • Die 9F zeigt eine Abbildung eines gesägten Aluminiumphosphat warmweiß Konverters.
  • Beispiel 2:
  • Aluminiumphosphat6 kaltweiß Konverter
  • Es wird eine Suspension aus Aluminiumphosphat mit einem Granat Leuchtstoff3 hergestellt. Optional kann die Suspension mit mindestens einem weiteren Leuchtstoff ergänzt werden, um beispielsweise den CRI, den R9, die Emissionsfarbe oder die Farbtemperatur zu variieren. Außerdem kann die Viskosität mittels Zugabe von destilliertem Wasser angepasst werden. Das fest zu flüssig Massenverhältnis kann zischen 1:2 und 1:0,3, im speziellen zwischen 1:1,5 und 1:0,4, im Idealfall 1:0,5, betragen. Die Suspension wird beispielsweise mittels Rakel auf einem Substrat2 aufgetragen. Der Rakelspalt kann zwischen 10 - 200 µm, im speziellen zwischen 30 - 100 µm und im Idealfall zwischen 40 - 80 µm sein. Die Auftragungsgeschwindigkeit kann zwischen 1 - 99 mm/sek. Variiert werden. Nach dem Beschichtungsprozess wird das frisch beschichtete Substrat an normaler Luft, in einem Reinraum oder einem Trockenschrank vorgetrocknet. Die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit können zwischen 18 - 50 °C und 0 - 80 g/m3, im speziellen zwischen 18 - 30 °C und 0 - 50 g/m3 und im Idealfall zischen 19 - 23 °C und 0 - 30 g/m3 konstant gehalten werden. Nach dem Vortrocknen kann das Substrat typischerweise mit einem Diamantschneider in gleich große Teile geschnitten und bei Temperaturen zwischen 150 °C - 450 °C für 10 bis 120 min eingebrannt werden.
  • Nach dem Einbrennen können die Substrate durch einen Polier-, Läpp-, Schleifprozess oder durch eine Kombination der verschiedenen Verfahren weiter veredelt werden. Nach der finalen Oberflächenbehandlung kann das Substrat typischerweise mittels Wafer- oder Lasersäge in beispielsweise 1 mm × 1mm große Konverter geschnitten werden.
  • Beispiel 3:
  • Aluminiumphosphat6 rot Konverter
  • Es wird eine Suspension aus Aluminiumphosphat mit einem nitridischen Leuchtstoff4 hergestellt. Optional kann die Suspension mit mindestens einem weiteren Leuchtstoff ergänzt werden, um beispielsweise den CRI, den R9, die Emissionsfarbe oder die Farbtemperatur zu variieren. Außerdem kann die Viskosität mittels Zugabe von destilliertem Wasser angepasst werden. Das fest zu flüssig Massenverhältnis kann zischen 1:2 und 1:0,3, im speziellen zwischen 1:1,5 und 1:0,4, im Idealfall 1:0,5, betragen. Die Suspension wird beispielsweise mittels Rakel auf einem Substrat2 aufgetragen. Der Rakelspalt kann zwischen 10 - 200 µm, im speziellen zwischen 30 - 100 µm und im Idealfall zwischen 30 - 70 µm sein. Die Auftragungsgeschwindigkeit kann typischerweise zwischen 1 - 99 mm/sek. Variiert werden. Nach dem Beschichtungsprozess wird das frisch beschichtete Substrat an normaler Luft, in einem Reinraum oder einem Trockenschrank vorgetrocknet. Die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit können zwischen 18 - 50 °C und 0 - 80 g/m3, im speziellen zischen 18 - 30 °C und 0 - 50 g/m3 und im Idealfall zischen 19 - 23 °C und 0 - 30 g/m3 konstant gehalten werden. Nach dem Vortrocknen kann das Substrat typischerweise mit einem Diamantschneider in gleich große Teile geschnitten und bei Temperaturen zwischen 150 °C - 450 °C für 10 bis 120 min eingebrannt werden.
  • Nach dem Einbrennen können die Substrate durch einen Polier-, Läpp-, Schleifprozess oder durch eine Kombination der verschiedenen Verfahren weiter veredelt werden. Nach der finalen Oberflächenbehandlung kann das Substrat typischerweise mittels Wafer- oder Lasersäge in beispielsweise 1 mm × 1 mm große Konverter geschnitten werden.
  • Beispiel 4:
  • Aluminiumphosphat6 Leuchtstoffs Konverter
  • Es wird eine Suspension aus Aluminiumphosphat mit einem Leuchtstoff5 bzw. Konversionsmaterial hergestellt. Optional kann die Suspension mit mindestens einem weiteren Leuchtstoff oder Konversionsmaterial ergänzt werden, um beispielsweise den CRI, die Emissionsfarbe oder die Farbtemperatur zu variieren. Außerdem kann die Viskosität mittels Zugabe von destilliertem Wasser angepasst werde. Das fest zu flüssig Massenverhältnis kann zischen 1:2 und 1:0,3, im speziellen zwischen 1:1,5 und 1:0,4, im Idealfall 1:0,5, betragen. Die Suspension wird beispielsweise mittels Rakel auf einem Substrat2 aufgetragen. Der Rakelspalt kann zwischen 10 - 200 µm, im speziellen zwischen 30 - 100 µm und im Idealfall zwischen 40 - 80 µm sein. Die Auftragungsgeschwindigkeit kann typischerweise zwischen 1 - 99 mm/sek. Variiert werden. Nach dem Beschichtungsprozess wird das frisch beschichtete Substrat an normaler Luft, in einem Reinraum oder einem Trockenschrank vorgetrocknet. Die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit können zwischen 18 - 50 °C und 0 - 80 g/m3, im speziellen zischen 18 - 30 °C und 0 - 50 g/m3 und im Idealfall zischen 19 - 23 °C und 0 - 30 g/m3 konstant gehalten werden. Nach dem Vortrocknen kann das Substrat typischerweise mit einem Diamantschneider in gleich große Teile geschnitten und bei Temperaturen zwischen 150 °C - 450 °C für 10 bis 120 min eingebrannt werden.
  • Nach dem Einbrennen können die Substrate durch einen Polier-, Läpp-, Schleifprozess oder durch eine Kombination der verschiedenen Verfahren weiter veredelt werden. Nach der finalen Oberflächenbehandlung kann das Substrat typischerweise mittels Wafer- oder Lasersäge in beispielsweise 1 mm × 1mm große Konverter geschnitten werden.
  • 1Warmweiß Leuchtstoffmischung für hoch CRI und R9 Anwendungen:
    • • Granatleuchtstoff (z.B. (Lu,Y,Gd,Tb,Ce)3(Al,Ga)5012, vor allem (Y,Lu,Ce)3(Al,Ga)5012, insbesondere (Lu,Ce)3(Al1-xGax)5012 mit einem Ga Gehalt von 0% <= x <= 60%) mit mindestens einem
    • • „258“: M2(Al,Si)5(N,O)8-artiger Leuchtstoff dotiert mit Eu (M = Ca, Sr, Ba, Mg) oder davon abgeleiteten Leuchtstoff und/oder
    • • „(S)CASN“: Leuchtstoff wie in EP1696016 A1 oder WO 2005052087 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird, beispielsweise (Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Eu und/oder
    • • Ein „226“ Leuchtstoff mit einem Aktivatorgehalt von >=0.5 %, vor allem >=2%, insbesondere >=3% mit zweiwertigen Metallen wie insbesondere Sr und/oder Ca, beispielsweise Sr(Sr,Ca)Si2Al2N6:Eu
    • • Typischerweise wird die Suspension in einem Speedmixer oder Kugelmühle hergestellt
  • 2Alternative Supstratmaterialien
    • • Saphir
    • • (Reflektives) Metallsubstrat
    • • Polymerfolie oder -substrat
    • • Keramiksubstrat
    • • Vorbeschichtete Substrate, z.B. Glasssubstrat mit Al203 Beschichtung
    • • Vor der Beschichtung kann beispielsweise ein Plasmaprozess zur Reinigung bzw. Aktivierung der Oberfläche erfolgen
  • 3Chemische Zusammensetzung eines Granat Leuchtstoffs
    • • Granatleuchtstoff (z.B. (Lu,Y,Gd,Tb,Ce)3(Al,Ga)5012, vor allem (Y,Lu,Ce)3(Al,Ga)5012, insbesondere (Lu,Ce)3(Al1-xGax)5012 mit einem Ga Gehalt von 0% <= x <= 60%)
  • 4 Chemische Zusammensetzungen eines nitridischen Leuchtstoffs
    • • „258“: M2(Al,Si)5(N,O)8-artiger Leuchtstoff dotiert mit Eu (M = Ca, Sr, Ba) oder davon abgeleiteter Leuchtstoff, beispielsweise (Sr,Ba,Ca,M9)2Si5N8:Eu
    • • „(S)CASN“: Leuchtstoff wie in EP1696016 A1 / WO 2005052087 A1 beschrieben, beispielsweise (Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Eu und/oder
    • • Ein „226“ Leuchtstoff mit einem Aktivatorgehalt von >=0.5 %, vor allem >=2%, insbesondere >=3% mit zweiwertigen Metallen wie insbesondere Sr und/oder Ca, beispielsweise Sr (Sr,Ca) Si2Al2N6:Eu
  • 5Leuchtstoffe
    • • (Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce3+
    • • (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+
    • • (Sr,Ba,Ca,Mg)2Si5N8:Eu2+
    • • (Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+
    • • α-SiAlON:Eu2+
    • • β-SiAlON:EU2+
    • • (Sr,Ca)S:Eu2
    • • (Sr,Ba,Ca)2(Si,Al)5(N,O)8:Eu2+
    • • (Ca,Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+
    • • (Sr,Ba)Si2N2O2:Eu2+
  • 6Alternative Matrixmaterialien
    • • Kaliwasserglas mit Aluminiumphosphat Härter
    • • Lithiumwasserglas
    • • Mischwasserglas, beispielsweise Lithiumwasserglas : Kaliumwasserglas mit einem Massenanteil von 1 zu 1
  • 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 auf diese 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    optoelektronisches Bauelement
    1
    Halbleiterschichtenfolge
    11
    Hauptstrahlungsaustrittsfläche
    2
    Konversionselement
    21
    Substrat
    22
    erste Schicht
    221
    Matrixmaterial
    222
    Konversionsmaterial
    223
    Matrixmaterial
    224
    Konversionsmaterial
    3
    Kleber oder Kleberschicht
    4
    Teilschicht der ersten Schicht
    5
    Teilschicht der ersten Schicht
    6
    Verguss
    7
    Gehäuse
    8
    Oberfläche der ersten Schicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1696016 A1 [0144]
    • WO 2005052087 A1 [0144]

Claims (19)

  1. Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend - eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich, der zumindest über eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) in Betrieb Strahlung emittiert, - ein freitragendes Konversionselement (2), das im Strahlengang der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, - wobei das freitragende Konversionselement (2) ein Substrat (21) und nachfolgend eine erste Schicht (22) aufweist, wobei die erste Schicht (22) zumindest ein Konversionsmaterial (222) aufweist, das in einem Matrixmaterial (221) eingebettet ist, - wobei das Matrixmaterial (221) zumindest ein kondensiertes Sol-Gel Material aufweist, das aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Wasserglas, Metallphosphat, Monoaluminiumphosphat, Aluminiumphosphat, modifiziertes Monoaluminiumphosphat, Alkoxytetramethoxysilan, Tetraethylorthosilikat, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Titanalkoxid, Kieselsol, Metallalkoxid, Metalloxan, Metallalkoxan, - wobei das kondensierte Sol-Gel Material einen Anteil zwischen 10 und 70 Vol% in der ersten Schicht (22) aufweist, - wobei das Substrat (21) frei von dem Sol-Gel Material und dem Konversionsmaterial (222) ist und zur mechanischen Stabilisierung der ersten Schicht (22) dient.
  2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (21) Glas, Glaskeramik, Saphir oder eine transparente oder transluzente Keramik ist.
  3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (22) eine dem Substrat (21) abgewandte Oberfläche (8) aufweist, die strukturiert ist.
  4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das freitragende Konversionselement (2) mittels eines Klebers (3) auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) angeordnet ist.
  5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) und dem Substrat (21) die erste Schicht (22) angeordnet ist.
  6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) und der ersten Schicht (22) das Substrat (21) angeordnet ist.
  7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (22) eine Schichtdicke zwischen 20 µm und 70 µm für Teilkonversion oder 30 µm bis 150 µm für Vollkonversion aufweist.
  8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kleber (3) ein Silikon ist und das freitragende Konversionselement (2) frei von Silikon ist.
  9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (221) mittels eines Klebers (3) auf der Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) angeordnet ist, und wobei die erste Schicht (22) direkt auf dem Substrat (21) angeordnet ist.
  10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Betrieb Strahlung mit einer Farbtemperatur zwischen 2500 K bis 4500 K emittiert.
  11. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Betrieb Strahlung mit einer Farbtemperatur zwischen 4500 K bis 8000 K emittiert.
  12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das kondensierte Sol-Gel Material einen Anteil zwischen 20 und 50 Vol% in der ersten Schicht aufweist.
  13. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Konversionsmaterial (222) aus folgender Gruppe ausgewählt ist: (Y, Gd, Tb, Lu)3(Al, Ga)5O12:Ce3+, (Sr, Ca)AlSiN3:Eu2+, (Sr, Ba, Ca, Mg)2Si5N8:Eu2+, (Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu2+, α-SiAlON:Eu2+, β-SiAlON:Eu2+, (Sr, Ca)S:Eu2, (Sr, Ba, Ca)2(Si, Al)5(N, O)5:Eu2+, (Ca, Sr)8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+, (Sr, Ba) Si2N2O2:Eu2+.
  14. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei verschiedene Konversionsmaterialien (222, 224) in dem Matrixmaterial (223) eingebettet sind.
  15. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (21) eine Dicke von 50 µm bis 200 µm aufweist.
  16. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kleberschicht (3) eine Dicke von 500 nm bis 15 µm aufweist.
  17. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (221) ein kondensiertes Sol-Gel Material ist, das aus einer Aluminiumphosphatlösung oder aus einer Monoaluminiumphosphatlösung oder aus einer modifizierten Monoaluminiumphosphatlösung hergestellt wurde.
  18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17 mit den Schritten: A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich, der zumindest über eine Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) in Betrieb Strahlung emittiert, B) Aufbringen eines Konversionselements (2) zumindest auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11), das freitragend ist und vor dem Aufbringen wie folgt hergestellt wird: B1) Einbringen von zumindest einem Konversionsmaterial (222) in ein Matrixmaterial (221) zur Erzeugung einer Dispersion, wobei das Matrixmaterial (221) zumindest eine Lösung eines Sol-Gel Materials aufweist, das aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Wasserglas, Metallphosphat, Monoaluminiumphosphat, Aluminiumphosphat, modifiziertes Monoaluminiumphosphat, Alkoxytetramethoxysilan, Tetraethylorthosilikat, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Titanalkoxid, Kieselsol, Metallalkoxid, Metalloxan, Metallalkoxan, B2) Aufbringen der Dispersion auf ein Substrat (21) zur Erzeugung einer ersten Schicht (22), wobei das Substrat (21) frei von dem Sol-Gel Material und dem Konversionsmaterial (222) ist und zur mechanischen Stabilisierung der ersten Schicht (22) dient, B3) Erhitzen des Substrats (21) und der ersten Schicht (22) auf maximal 550 °C, und B4) gegebenenfalls Glätten einer dem Substrat (21) abgewandten Oberfläche (8) der ersten Schicht.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei nach Schritt B3) oder B4) ein zusätzlicher Schritt erfolgt: B5) Vereinzeln des Substrats (21) und der ersten Schicht (22) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Konversionselementen, wobei zumindest ein Konversionselement (2) auf die Hauptstrahlungsaustrittsfläche (11) angeordnet wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018121324A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Sol-Gele als Bindemittel für die Herstellung von Konversionselementen
US11760929B2 (en) 2018-11-14 2023-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Conversion elements comprising an infiltration matrix

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017117488A1 (de) * 2017-08-02 2019-02-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
JP7189446B2 (ja) * 2019-08-08 2022-12-14 日亜化学工業株式会社 発光装置及び発光装置の製造方法
DE102020206897A1 (de) * 2020-06-03 2021-12-09 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012220980A1 (de) 2012-11-16 2014-05-22 Osram Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102015101143A1 (de) 2015-01-27 2016-07-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3837588B2 (ja) 2003-11-26 2006-10-25 独立行政法人物質・材料研究機構 蛍光体と蛍光体を用いた発光器具
DE102007057812A1 (de) 2007-11-30 2009-06-25 Schott Ag Lichtemittierende Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung sowie Lichtkonverter und dessen Verwendung
JP5467313B2 (ja) * 2009-09-28 2014-04-09 国立大学法人 岡山大学 アテローム動脈硬化抑制剤
JP5614675B2 (ja) * 2010-02-16 2014-10-29 独立行政法人物質・材料研究機構 波長変換部材の製造方法
DE102010028776A1 (de) 2010-05-07 2011-11-10 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102010054279A1 (de) 2010-12-13 2012-06-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskonversionselements, Strahlungskonversionselement und optoelektronisches Bauelement enthaltend ein Strahlungskonversionselement
DE102010063756A1 (de) 2010-12-21 2012-06-21 Osram Ag Herstellung von Leuchtstoffschichten unter Verwendung von Alkalisilikaten
JP2013033854A (ja) * 2011-08-02 2013-02-14 Koito Mfg Co Ltd 光波長変換部材
KR102012294B1 (ko) 2011-12-16 2019-08-20 루미리즈 홀딩 비.브이. Led들을 위한 물 유리 내의 인광체
JP6044073B2 (ja) * 2011-12-27 2016-12-14 日亜化学工業株式会社 波長変換装置及びそれを用いた発光装置
KR102228997B1 (ko) * 2012-03-29 2021-03-18 루미리즈 홀딩 비.브이. Led 응용들을 위한 무기 바인더 내의 형광체
DE102012210083A1 (de) * 2012-06-15 2013-12-19 Osram Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102012210195A1 (de) 2012-06-18 2013-12-19 Osram Gmbh Vorrichtung zum Bereitstellen elektromagnetischer Strahlung
KR20140073351A (ko) 2012-12-06 2014-06-16 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
DE102015101573A1 (de) 2015-02-04 2016-08-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Konversionselement und optoelektronisches Bauelement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012220980A1 (de) 2012-11-16 2014-05-22 Osram Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102015101143A1 (de) 2015-01-27 2016-07-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018121324A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Sol-Gele als Bindemittel für die Herstellung von Konversionselementen
US11760929B2 (en) 2018-11-14 2023-09-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Conversion elements comprising an infiltration matrix

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