DE102017105035A1

DE102017105035A1 - Lichtemittierendes bauteil und verfahren zum herstellen eines lichtemittierenden bauteils

Info

Publication number: DE102017105035A1
Application number: DE102017105035.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Brandl; Markus Pindl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13
Also published as: CN110383515A; US20200028038A1; US10937933B2; CN110383515B; WO2018162665A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauteil, aufweisend ein lichtemittierendes Bauelement und ein Gehäuse mit einer Kavität. Das Gehäuse weist ein Gehäusematerial auf, das eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent aufweist. Die Kavität ist durch eine Begrenzungswand und eine Bauelementebene gebildet, wobei die Begrenzungswand durch eine Oberfläche des Gehäuses gebildet wird. Das lichtemittierende Bauelement ist innerhalb der Kavität des Gehäuses angeordnet und oberhalb der Bauelementebene platziert. Das lichtemittierende Bauelement weist eine Emissionsseite auf, die der Bauelementebene gegenüberliegt. Die Kavität ist mit einem transparenten Material zumindest teilweise gefüllt. Das transparente Material ist aus einem ersten Material und einem zweiten Material aufgebaut, wobei das erste Material die Begrenzungswand zumindest teilweise bedeckt, und wobei das zweite Material die Emissionsseite zumindest teilweise bedeckt. Eine Grenzfläche ist zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material ausgebildet. Ein erster Brechungsindex des ersten Materials ist kleiner als ein zweiter Brechungsindex des zweiten Materials.

Description

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauteil und ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauteils. Das lichtemittierende Bauteil ist dabei insbesondere zur Verwendung in einem Display und/oder in einem Videowandmodul geeignet.
Lichtemittierende Bauteile können ein weißes Gehäuse aufweisen, wodurch Streulicht, welches innerhalb der lichtemittierenden Bauteile auf das Gehäuse trifft, dort gestreut wird und anschließend das lichtemittierende Bauteil verlassen kann. Für die Verwendung in Displays oder Videowandmodulen eignen sich solche Bauteile jedoch nicht, da das Gehäuse für ein solches Bauteil einen möglichst starken Kontrast zum auf dem Display oder Videowandmodul angezeigten Bild bereitstellen soll. Deshalb werden Bauteile für Displays oder Videowandmodule mit einem schwarzen Gehäuse gefertigt. Nachteilig dabei ist, dass innerhalb des Gehäuses schräg ausfallendes Licht vom Gehäuse absorbiert wird. Dadurch ist einerseits die Ausbeute verringert, andererseits wird das Gehäuse unnötig erwärmt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein lichtemittierendes Bauteil bereitzustellen, bei dem ein Teil des innerhalb des Gehäuses seitlich emittieren Lichts das Gehäuse verlassen kann, ohne vom Gehäuse absorbiert zu werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für solch ein lichtemittierendes Bauteil anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem lichtemittierenden Bauteil und dem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauteils der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein lichtemittierendes Bauteil weist ein lichtemittierendes Bauelement und ein Gehäuse mit einer Kavität auf. Das Gehäuse weist ein Gehäusematerial auf und besteht insbesondere aus dem Gehäusematerial. Das Gehäusematerial absorbiert Licht im sichtbaren Bereich zu mindestens 80 Prozent. Die Kavität des Gehäuses wird durch eine Begrenzungswand und eine Bauelementebene gebildet. Die Begrenzungswand ist dabei eine Oberfläche des Gehäuses. Das lichtemittierende Bauelement ist innerhalb der Kavität des Gehäuses oberhalb der Bauelementebene angeordnet. Das lichtemittierende Bauelement weist eine Emissionsseite auf, die der Bauelementebene gegenüberliegt. Eine Emissionsebene ist durch die Emissionsseite des lichtemittierenden Bauelements definiert. Die Kavität ist mit einem transparenten Material zumindest teilweise gefüllt. Das transparente Material ist aus einem ersten Material und einem zweiten Material aufgebaut. Das erste Material bedeckt die Begrenzungswand der Kavität zumindest teilweise. Das zweite Material bedeckt die Emissionsseite des lichtemittierenden Bauelements zumindest teilweise. Das erste Material und das zweite Material grenzen aneinander an, wodurch eine Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Material ausgebildet wird. Ein erster Brechungsindex des ersten Materials ist kleiner als ein zweiter Brechungsindex des zweiten Materials.
Durch die Wahl der Brechungsindizes des ersten Materials und des zweiten Materials und die geometrische Anordnung des ersten Materials derart, dass das erste Material die Begrenzungswand zumindest teilweise bedeckt und derart, dass das zweite Material die Emissionsseite des lichtemittierenden Bauelements zumindest teilweise bedeckt, kann ein Teil des seitlich vom lichtemittierenden Bauelement emittieren Lichts, welches ohne das transparente Material innerhalb der Kavität auf die Begrenzungswand treffen würde, an der Grenzfläche zwischen erstem Material zweitem Material reflektiert werden. Dadurch kann dieses Licht, das ohne das transparente Material auf die Begrenzungswand treffen würde, vom lichtemittierenden Bauteil emittiert werden. Dadurch wird die Ausbeute des lichtemittierenden Bauteils erhöht.
Insbesondere vorteilhaft ist eine Anordnung des ersten Materials und des zweiten Materials innerhalb der Kavität derart, dass für zumindest einen Teil des Lichts, welches vom lichtemittierenden Bauelement in Richtung der Begrenzungswand emittiert, unter einem Winkel auf die Grenzfläche trifft, wobei der Winkel größer ist als ein Grenzwinkel für eine Totalreflexion an der Grenzfläche.
Der Grenzwinkel für die Totalreflexion ist dabei der Arkussinus des Verhältnisses aus erstem Brechungsindex und dem zweiten Brechungsindex.
In einer Ausführungsform ist die Grenzfläche gekrümmt. Durch die Krümmung der Grenzfläche ist ein Teil des ersten Materials oberhalb der Emissionsebene des lichtemittierenden Bauelements angeordnet. Dadurch wird das lichtemittierende Bauteil weiter verbessert, da die Totalreflexion für einen Teil des Lichts leichter zu erreichen ist.
In einer Ausführungsform ist die Krümmung der Grenzfläche derart ausgebildet, dass ein von der Emissionsseite ausgehender, vom lichtemittierenden Bauelement ausgesendeter Lichtstrahl unter einem Winkel auf die Grenzfläche trifft. Der Winkel ist dabei größer als ein Grenzwinkel für eine Totalreflexion.
Durch eine solche Anordnung des ersten Materials und des zweiten Materials können seitlich vom lichtemittierenden Bauelement emittierte Lichtstrahlen auf die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Material derart treffen, dass an dem Auftreffpunkt des Lichts auf die Grenzfläche die Bedingungen für eine Totalreflexion erfüllt sind. Dadurch wird das emittierte Licht an der Grenzfläche total reflektiert, wodurch es das lichtemittierende Bauteil verlassen kann anstatt auf die Begrenzungswand zu treffen und dort absorbiert zu werden.
Der Grenzwinkel für die Totalreflexion ist dabei wieder der Arkussinus des Verhältnisses aus erstem Brechungsindex und dem zweiten Brechungsindex.
In einer Ausführungsform bedeckt das zweite Material die Emissionsseite des lichtemittierenden Bauelements vollständig. Durch das erste Material ist die Kavität angrenzend an das lichtemittierende Bauelement bis zur Emissionsebene verfüllt. Die Emissionsseite und die Grenzfläche gehen tangentenstetig ineinander über. Wenn das zweite Material die Emissionsseite vollständig bedeckt, kann das vom lichtemittierenden Bauelement ausgesendete Licht leichter in das zweite Material eingekoppelt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das lichtemittierende Bauelement ein lichtemittierender Halbleiterchip mit einem Brechungsindex ist, wobei der Brechungsindex gleich oder annähernd gleich groß dem zweiten Brechungsindex ist. Dadurch, dass die Emissionsseite und die Grenzfläche tangentenstetig ineinander übergehen, kann Licht, welches das lichtemittierende Bauelement seitlich unterhalb der Emissionsseite verlassen würde, innerhalb des ersten Materials geradlinig auf die Begrenzungswand treffen und wird nicht an der Grenzfläche reflektiert. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das lichtemittierende Bauelement ein Konversionselement angrenzend an die Emissionsseite aufweist und Licht aus einem unter dem Konversionselement liegenden Halbleiterchip das lichtemittierende Bauelement seitlich verlässt. Dieses Streulicht wird dann nicht aus dem lichtemittierenden Bauteil ausgekoppelt, sondern vom Gehäuse absorbiert.
Tangentenstetig bedeutet, dass die Emissionsseite ohne Knick in die Grenzfläche übergeht, das zweite Material also beim Übergang vom lichtemittierenden Bauelement zum ersten Material keinen Knick aufweist.
In einer Ausführungsform ist die Grenzfläche rotationssymmetrisch um eine Achse durch das Bauelement. Dadurch kann eine gleichmäßige Grenzfläche für die Totalreflexion zur Verfügung gestellt werden.
In einer Ausführungsform unterscheidet sich der zweite Brechungsindex vom ersten Brechungsindex um mindestens 0,05. In einer Ausführungsform ist der erste Brechungsindex kleiner oder gleich 1,42 und der zweite Brechungsindex größer oder gleich 1,48. Mit den genannten Brechungsindizes beziehungsweise Unterschieden in den Brechungsindizes kann eine gute Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen erstem Material und zweitem Material erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist das erste Material ein Epoxidharz oder ein Silikon oder ein Acrylat auf. In einer Ausführungsform weist das zweite Material ein Epoxidharz oder ein Silikon oder ein Acrylat auf. Die genannten Materialien sind transparent für sichtbares Licht und eignen sich aufgrund ihrer Brechungsindizes gut für die Verwendung als erstes beziehungsweise zweites Material.
In einer Ausführungsform ist das erste Material ein Polymethylsiloxan und das zweite Material ein Polymethylphenylsiloxan. Polymethylsiloxane weisen einen Brechungsindex von ungefähr 1,41 auf, während Polymethylphenylsiloxane einen Brechungsindex von ungefähr 1,48 oder größer aufweisen, wobei der Brechungsindex größer wird, wenn das Verhältnis der Phenyl-Gruppen zu den Methyl-Gruppen steigt. Dadurch sind die genannten Materialien gut geeignet für ein lichtemittierendes Bauteil mit einer totalreflektierenden Grenzschicht zwischen den genannten Materialien. Ferner sind Polymethylsiloxane und Polymethylphenylsiloxane einfach zu verarbeitende Materialien.
In einer Ausführungsform bedeckt das erste Material die Bauelementebene zumindest teilweise. Dadurch wird eine geometrisch vorteilhafte Anordnung von erstem und zweitem Material möglich.
In einer Ausführungsform ist ein weiteres Material zwischen der Bauelementebene und dem ersten Material angeordnet. Das weitere Material weist eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent auf. Im Allgemeinen ist innerhalb des Gehäuses und innerhalb der Kavität mindestens ein Leiterrahmenabschnitt oder ein anderes leitendes Element angeordnet, wodurch eine elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Bauelements ermöglicht wird. Wird die Kavität nun mit einem transparenten Material gefüllt oder teilweise gefüllt, ist dieser Leiterrahmenabschnitt oder das andere leitende Element von oben sichtbar. Durch die Anordnung eines weiteren Materials zwischen der Bauelementebene und dem ersten Material, wobei dieses Material das sichtbare Licht absorbiert, kann der Leiterrahmenabschnitt oder das andere leitende Element entsprechend vom weiteren Material bedeckt werden und ist somit nicht mehr direkt sichtbar. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das weitere Material innerhalb der Kavität erst dann angeordnet wird, wenn die elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Bauelements abgeschlossen ist.
In einer Ausführungsform weist das lichtemittierende Bauelement einen Halbleiterchip und insbesondere drei Halbleiterchips auf. Das lichtemittierende Bauteil weist also einen lichtemittierenden Halbleiterchip innerhalb des lichtemittierenden Bauelements auf und kann damit eine der drei für ein Display benötigten Farben Rot, Grün oder Blau emittieren. Für jeden Bildpunkt des Displays sind also entsprechend drei solcher lichtemittierenden Bauteile notwendig, wobei jeweils eines der drei Bauteile rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht emittiert. Alternativ kann es ebenso vorgesehen sein, dass das lichtemittierende Bauelement drei Halbleiterchips beinhaltet. Dadurch ist ein einzelnes lichtemittierendes Bauelement in der Lage, rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht zu emittieren. Für einen Bildpunkt des Displays wird dann nur ein lichtemittierendes Bauteil benötigt.
In einer Ausführungsform ist das zweite Material oberhalb der Kavität zu einem optischen Element ausgeformt. Dies kann beispielsweise durch eine konvexe oder konkave Oberfläche des zweiten Materials erfolgen.
In einem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements wird zunächst ein Gehäuse mit einer Kavität bereitgestellt. Das Gehäuse weist dabei ein Gehäusematerial auf, welches eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent aufweist. Die Kavität wird durch eine Begrenzungswand und eine Bauelementebene gebildet. Die Begrenzungswand ist dabei eine Oberfläche des Gehäuses. Anschließend wird ein lichtemittierendes Bauelement innerhalb der Kavität des Gehäuses und oberhalb der Bauelementebene platziert. Das lichtemittierende Bauelement weist eine Emissionsseite auf, die der Bauelementebene gegenüberliegt. Anschließend wird ein erstes transparentes Material in die Kavität mittels eines Vergussprozesses eingebracht. Dabei wird das erste Material derart eingebracht, dass das erste Material die Begrenzungswand zumindest teilweise bedeckt. Das erste Material weist dabei einen ersten Brechungsindex auf. Anschließend wird ein zweites transparentes Material in die Kavität oberhalb des ersten Materials mittels Vergussprozess eingebracht. Das zweite Material bedeckt die Emissionsseite zumindest teilweise. Zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material wird dadurch eine Grenzfläche gebildet. Das zweite Material weist einen zweiten Brechungsindex auf, der größer ist als der erste Brechungsindex des ersten Materials. Dadurch kann eine totalreflektierende Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Material erzeugt werden.
Zwischen dem Platzieren des lichtemittierenden Bauelements innerhalb der Kavität und dem Einbringen des ersten transparenten Materials in die Kavität kann eine elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Bauelements erfolgen. Dies kann beispielsweise durch einen Lötprozess oder durch Bonden von Bondpads durchgeführt werden.
Die Form des ersten Materials aufgrund des Vergussprozesses kann von der Geometrie der Kavität und einer Oberflächenspannung des ersten Materials während des Vergussprozesses abhängen. Durch die Menge des ersten Materials, welches in die Kavität eingebracht wird, und die Form der Kavität und die Oberflächenspannung entsteht somit eine individuelle Oberfläche des ersten Materials. Anschließend kann es vorgesehen sein, das Material auszuhärten, so dass das erste Material nicht mehr flüssig sondern fest vorliegt. Anschließend kann das zweite Material in die Kavität eingebracht werden, wobei das zweite Material derart eingebracht wird, dass es an die Grenzfläche angrenzt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein weiteres Material zwischen der Bauelementebene und dem ersten Material mittels Vergussprozess angeordnet. Das weitere Material weist eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent auf.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung

1 einen Querschnitt durch ein lichtemittierendes Bauteil;
2 einen Querschnitt durch ein weiteres lichtemittierendes Bauteil;
3 einen Querschnitt durch ein weiteres lichtemittierendes Bauteil;
4 einen Querschnitt durch ein weiteres lichtemittierendes Bauteil; und
5 einen Querschnitt durch ein weiteres lichtemittierendes Bauteil.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein lichtemittierendes Bauteil 100. Das lichtemittierende Bauteil 100 weist ein lichtemittierendes Bauelement 110 und ein Gehäuse 120 mit einer Kavität 121 auf. Das Gehäuse 120 weist ein Gehäusematerial mit einer Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent auf. Die Kavität 121 ist durch eine Bauelementebene 122 und eine Begrenzungswand 123 gebildet. Die Begrenzungswand 123 ist dabei eine Oberfläche des Gehäuses 120. Das lichtemittierende Bauelement 110 ist innerhalb der Kavität 121 des Gehäuses 120 oberhalb der Bauelementebene 122 angeordnet. Das Gehäuse 120 weist unterhalb des lichtemittierenden Bauelements 110 einen ersten Leiterrahmenabschnitt 141 und neben dem ersten Leiterrahmenabschnitt 141 einen zweiten Leiterrahmenabschnitt 142 auf. Das lichtemittierende Bauelement 110 grenzt mit einer Unterseite 114 an den ersten Leiterrahmenabschnitt 141 an. Die Unterseite 114 des lichtemittierenden Bauelements 110 grenzt dabei an die Bauelementebene 122 an. Eine der Bauelementebene 122 gegenüberliegende Emissionsseite 111 weist einen Oberseitenkontakt 112 auf, der mit einem Bonddraht 143 mit dem zweiten Leiterrahmenabschnitt 142 verbunden ist. Anstelle der in 1 gezeigten elektrischen Kontaktierung mittels erstem Leiterrahmenabschnitt 141, zweitem Leiterrahmenabschnitt 142 und Bonddraht 143 sind auch andere Möglichkeiten der Kontaktierung denkbar.
Die Kavität 121 ist teilweise mit einem transparenten Material 130 gefüllt. Das transparente Material 130 ist dabei aus einem ersten Material 131 und einem zweiten Material 132 aufgebaut. Das erste Material 131 grenzt seitlich an das lichtemittierende Bauelement 110 sowie teilweise an die Begrenzungswand 123 an. Dadurch bedeckt das erste Material 131 die Begrenzungswand 123 teilweise. Das zweite Material 132 bedeckt die Emissionsseite 111. Zwischen dem ersten Material 131 und dem zweiten Material 132 ist eine Grenzfläche 133 ausgebildet. Ein erster Brechungsindex des ersten Materials 131 ist kleiner als ein zweiter Brechungsindex des zweiten Materials 132. Die Grenzfläche 133 ist dabei im Querschnitt linear und schräg zur Bauelementebene 122 angeordnet. Licht, welches das lichtemittierende Bauelement 110 unter einem relativ flachen Winkel seitlich verlässt, kann an der Grenzfläche 133 totalreflektiert und somit aus dem lichtemittierenden Bauteil 100 heraus emittiert werden. Ein Teil des vom lichtemittierenden Bauelement 110 emittierten Lichts trifft also unter einem Winkel auf die Grenzfläche 133, wobei der Winkel größer ist als der Arkussinus des Verhältnisses aus erstem Brechungsindex und zweitem Brechungsindex.
2 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres lichtemittierendes Bauteil 100, welches in seinem wesentlichen Aufbau dem lichtemittierenden Bauteil 100 der 1 entspricht. Das lichtemittierende Bauelement 110 weist zwei Oberseitenkontakte 112 auf, wobei die Oberseitenkontakte 112 mit jeweils einem Bonddraht 143 mit den Leiterrahmenabschnitten 141, 142 elektrisch leitfähig verbunden sind. Die Grenzfläche 133 zwischen dem ersten Material 131 und dem zweiten Material 132 ist beim lichtemittierenden Bauteil 100 der 2 gekrümmt. Durch die Krümmung ist ein Teil des ersten Materials 131 oberhalb der Emissionsebene, welche durch die Emissionsseite 111 definiert ist, angeordnet.
In einem Ausführungsbeispiel trifft ein von der Emissionsseite 111 ausgehender und vom lichtemittierenden Bauelement 110 ausgesendeter Lichtstrahl unter einem Winkel auf die Grenzfläche 133, derart, dass der Winkel größer ist als ein Grenzwinkel für eine Totalreflexion. Dadurch wird das vom lichtemittierenden Bauelement 110 ausgesendete Licht an der Grenzfläche 133 totalreflektiert und kann dadurch das Gehäuse 120 verlassen ohne auf die Begrenzungswand 123 zu treffen.
Das vom lichtemittierenden Bauelement 110 emittierte Licht trifft also unter einem Winkel auf die Grenzfläche 133, wobei der Winkel größer ist als der Arkussinus des Verhältnisses aus erstem Brechungsindex und zweitem Brechungsindex.
3 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres lichtemittierendes Bauteil 100, das im wesentlichen Aufbau dem lichtemittierenden Bauteil 100 der 1 entspricht. Das transparente Material 130 ist derart angeordnet, dass die Kavität 121 vollständig mit dem transparenten Material 130 gefüllt ist. Das erste Material 131 ist derart in der Kavität 121 angeordnet, dass das erste Material 131 die Begrenzungswand 123 vollständig bedeckt. Das erste Material 131 ist also seitlich an der Begrenzungswand 123 bis zum oberen Ende der Kavität 121 angeordnet. Das zweite Material 132 bildet wiederum zusammen mit dem ersten Material 131 eine Grenzfläche 133 aus. Im Bereich des lichtemittierenden Bauelements 110 ist das erste Material derart angeordnet, dass die Kavität 121 angrenzend an das lichtemittierend Bauelement 110 bis zur Emissionsebene, die durch die Emissionsseite 111 definiert ist, verfüllt ist. Die Emissionsseite 111 und die Grenzfläche 133 gehen tangentenstetig ineinander über. Dies bedeutet, dass die Emissionsseite 111 und die Grenzfläche 133 am lichtemittierenden Bauelement 110 ohne Knicke ineinander übergehen.
Das lichtemittierende Bauelement 110 der 3 weist zwei Unterseitenkontakte 113 auf, wobei die Unterseitenkontakte 113 jeweils auf einem Leiterrahmenabschnitt 141, 142 angeordnet sind. Die elektrischen Kontaktierungen der Ausführungsbeispiele des lichtemittierenden Bauteils der Fig. 1 bis 3 können untereinander ausgetauscht werden. In den Ausführungsbeispielen, in denen ein Bonddraht 143 verwendet wird, kann es vorgesehen sein, dass der Bonddraht 143 innerhalb des ersten Materials 131 und innerhalb des zweiten Materials 132 verläuft. Dies bedeutet, dass der Bonddraht 143 an einem Punkt durch die Grenzfläche 133 geführt ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Grenzfläche 133 rotationssymmetrisch um eine Achse durch das lichtemittierende Bauelement 110. Dies kann insbesondere dadurch erzeugt werden, dass die Kavität 121 bereits rotationssymmetrisch um diese Achse ist.
In einem Ausführungsbeispiel unterscheiden sich der zweite Brechungsindex des zweiten Materials 132 und der erste Brechungsindex des ersten Materials 131 um mehr als 0,05. In einem Ausführungsbeispiel ist der erste Brechungsindex des ersten Materials kleiner oder gleich 1,42 und der zweite Brechungsindex des zweiten Materials größer oder gleich 1,48.
In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Material 131 ein Epoxidharz oder ein Silikon oder ein Acrylat. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das erste Material 131 eines der genannten oder mehrere der genannten Materialien aufweist. In einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Material 132 ein Silikon, ein Epoxidharz oder ein Acrylat. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass das zweite Material 132 eines der genannten Materialien oder eine Kombination der genannten Materialien aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel ist das erste Material 131 ein Polymethylsiloxan. Das zweite Material 132 ist ein Polymethylphenylsiloxan. Polymethylsiloxane weisen einen Brechungsindex von ca. 1,41 auf. Polymethylphenylsiloxane weisen einen Brechungsindex von ca. 1,48 auf. Sowohl Polymethylsiloxan als auch Polymethylphenylsiloxan können transparent für sichtbares Licht sein. Dadurch eignen sich diese Materialien gut zur Verwendung als erstes Material 131 und zweites Material 132 für ein lichtemittierendes Bauteil 100 mit einem Licht im sichtbaren Bereich absorbierenden Gehäuse 120.
In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 bedeckt das erste Material 131 die Bauelementebene 122 zumindest teilweise.
4 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 100, welches analog zum lichtemittierenden Bauteil 100 der 3 aufgebaut ist. Ein weiteres Material 124 ist zwischen der Bauelementebene 122 und dem ersten Material 131 angeordnet. Das weitere Material 124 weist dabei eine Absorption im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent auf. Das weitere Material 124 ist insbesondere derart angeordnet, dass es die Leiterrahmenabschnitte 141, 142 bedeckt. Dadurch kann ein Betrachter, der das lichtemittierende Bauteil 100 von oben betrachtet, die Leiterrahmenabschnitte 141, 142 nicht sehen, da sie unter dem weiteren Material 124 verdeckt liegen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines lichtemittierenden Bauteils 100, bei dem das zweite Material 132 teilweise außerhalb der Kavität 121 angeordnet ist. Das zweite Material 132 bildet oberhalb der Kavität 121 ein optisches Element 134 in Form einer Konvexlinse. Das zweite Material 132 kann jedoch auch anders ausgeformt sein, beispielsweise als Konkavlinse oder als Fresnellinse.
In einem Ausführungsbeispiel weist das lichtemittierende Bauelement 110 einen Halbleiterchip auf. Das lichtemittierende Bauelement 110 kann also aus einem Halbleiterchip bestehen, der wie in den 1 bis 3 gezeigt kontaktiert wird. Alternativ ist es möglich, dass das lichtemittierende Bauelement 110 weitere Bauteile aufweist, beispielsweise ein eigenes Gehäuse oder ein Konversionselement. Unabhängig davon emittiert das lichtemittierende Bauelement 110 über die Emissionsseite 111 in das zweite Material 132, wobei ein Teil des Lichts, der auf direktem Weg die Begrenzungswand 123 erreichen würde, an der Grenzfläche 133 totalreflektiert wird. Für ein Display oder für ein Videowandmodul kann dabei vorgesehen sein, dass sowohl lichtemittierende Bauteile 100 mit roter Emission, mit grüner Emission und mit blauer Emission verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist das lichtemittierende Bauelement 110 drei Halbleiterchips auf, wobei die Halbleiterchips jeweils individuell ansteuerbar sind und mittels eines Halbleiterchips rotes Licht, mittels eines Halbleiterchips grünes Licht und mittels eines Halbleiterchips blaues Licht emittiert wird. In diesem Fall dient das lichtemittierende Bauteil 100 als ein Bildpunkt des Videowandmoduls oder Displays, während für den Fall, dass das lichtemittierende Bauelement 110 nur einen lichtemittierenden Halbleiterchip enthält, mindestens drei lichtemittierende Bauteile 100 zu einem Bildpunkt zusammengefasst werden müssen.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauteils 100 wird zunächst ein Gehäuse 120 mit einer Kavität 121 bereitgestellt. Das Gehäuse 120 weist ein Gehäusematerial mit einer Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent auf. Die Kavität 121 ist durch eine Begrenzungswand 123 und eine Bauelementebene 122 gebildet. Dabei wird die Begrenzungswand 123 durch eine Oberfläche des Gehäuses 120 gebildet. In einem nächsten Schritt wird ein lichtemittierendes Bauelement 110 innerhalb der Kavität 121 des Gehäuses 120 oberhalb der Bauelementebene 122 platziert. Das lichtemittierende Bauelement 110 weist eine Emissionsseite 111 auf, wobei der Emissionsseite 111 die Bauelementebene 122 gegenüberliegt. Daran anschließend kann eine elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Bauelements 110 vorgesehen sein. Anschließend wird ein erstes transparentes Material 131 in die Kavität 121 mittels Vergussprozess eingebracht. Das erste Material 131 bedeckt die Begrenzungswand 123 zumindest teilweise und weist einen ersten Brechungsindex auf. Die Form des ersten Materials 131 wird dabei durch die Form der Kavität 121, das erste Material 131 und eine Oberflächenspannung des ersten Materials 131 bestimmt. Anschließend kann ein Aushärteschritt vorgesehen sein, mit dem das erste Material 131 ausgehärtet wird. Daran anschließend wird ein zweites Material 132 in die Kavität 121 mittels Vergussprozess eingebracht. Das zweite Material bedeckt die Emissionsseite 111 des lichtemittierenden Bauelements 110 zumindest teilweise und bildet mit dem ersten Material 131 eine Grenzfläche 133. Ein zweiter Brechungsindex des zweiten Materials 132 ist dabei größer als der erste Brechungsindex.
Mit dem genannten Verfahren können die lichtemittierenden Bauteile 100 der 1 bis 3 hergestellt werden, indem die genannten Materialien in der genannten Reihenfolge eingebracht und platziert werden.
Um das lichtemittierende Bauteil der 4 herzustellen, wird nach dem Einbringen des lichtemittierenden Bauelements 110 ein weiteres Material 124 mittels Vergussprozess in die Kavität 121 eingebracht. Dies geschieht derart, dass das weitere Material 124 die Bauelementebene 122 zumindest teilweise bedeckt. Das weitere Material 124 weist ebenso wie das Gehäusematerial des Gehäuses 120 eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent auf.
Anstelle des Vergussprozesses kann das zweite Material 132 auch mittels Spritzgussverfahren in die Kavität 121 eingebracht werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur Herstellung des Ausführungsbeispiels der 5, bei dem die Form des optischen Elements des transparenten zweiten Materials 132 durch eine Spritzgussform bestimmt werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: lichtemittierendes Bauteil
110: lichtemittierendes Bauelement
111: Emissionsseite
112: Oberseitenkontakt
113: Unterseitenkontakt
114: Unterseite
120: Gehäuse
121: Kavität
122: Bauelementebene
123: Begrenzungswand
124: weiteres Material
130: transparentes Material
131: erstes Material
132: zweites Material
133: Grenzfläche
134: optisches Element
141: erster Leiterrahmenabschnitt
142: zweiter Leiterrahmenabschnitt
143: Bonddraht

Claims

Lichtemittierendes Bauteil (100), aufweisend ein lichtemittierendes Bauelement (110) und ein Gehäuse (120) mit einer Kavität (121), wobei das Gehäuse (120) ein Gehäusematerial aufweist, wobei das Gehäusematerial eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent aufweist, wobei die Kavität (121) durch eine Begrenzungswand (123) und eine Bauelementebene (122) (122) gebildet ist, wobei die Begrenzungswand (123) durch eine Oberfläche des Gehäuses (120) gebildet wird, wobei das lichtemittierende Bauelement (110) innerhalb der Kavität (121) des Gehäuses (120) angeordnet und oberhalb der Bauelementebene (122) platziert ist, wobei das lichtemittierende Bauelement (110) eine Emissionsseite (111) aufweist, wobei die Emissionsseite (111) der Bauelementebene (122) gegenüberliegt, wobei eine Emissionsebene durch die Emissionsseite (111) des lichtemittierenden Bauelements (110) verläuft, wobei die Kavität (121) mit einem transparenten Material (130) zumindest teilweise gefüllt ist, wobei das transparente Material (130) aus einem ersten Material (131) und einem zweiten Material (132) aufgebaut ist, wobei das erste Material (131) die Begrenzungswand (123) zumindest teilweise bedeckt, wobei das zweite Material (132) die Emissionsseite (111) zumindest teilweise bedeckt, wobei eine Grenzfläche (133) zwischen dem ersten Material (131) und dem zweiten Material (132) ausgebildet ist, und wobei ein erster Brechungsindex des ersten Materials (131) kleiner ist als ein zweiter Brechungsindex des zweiten Materials (132).
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach Anspruch 1, wobei die Grenzfläche (133) eine Krümmung aufweist, wobei durch die Krümmung ein Teil des ersten Materials (131) oberhalb der Emissionsebene des lichtemittierenden Bauelements (110) angeordnet ist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach Anspruch 2, wobei die Krümmung der Grenzfläche (133) derart ausgebildet ist, dass ein von der Emissionsseite (111) ausgehender, vom lichtemittierenden Bauelement (110) ausgesendeter Lichtstrahl unter einem Winkel auf die Grenzfläche (133) trifft, wobei der Winkel größer ist als ein Grenzwinkel für eine Totalreflexion.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Material (132) die Emissionsseite (111) des lichtemittierenden Bauelements (110) vollständig bedeckt, wobei durch das erste Material (131) die Kavität (121) angrenzend an das lichtemittierende Bauelement (110) bis zur Emissionsebene verfüllt ist, wobei die Emissionsseite (111) und die Grenzfläche (133) tangentenstetig ineinander übergehen.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grenzfläche (133) rotationssymmetrisch um eine Achse durch das Bauelement (110) ist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der zweite Brechungsindex vom ersten Brechungsindex um mindestens 0,05 unterscheidet.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach Anspruch 6, wobei der erste Brechungsindex kleiner oder gleich 1,42 und der zweite Brechungsindex größer oder gleich 1,48 ist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Material (131) ein Epoxid-Harz oder ein Silikon oder ein Acrylat aufweist und/oder das zweite Material (132) ein Epoxid-Harz oder ein Silikon oder ein Acrylat aufweist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach Anspruch 8, wobei das erste Material (131) ein Polymethylsiloxan ist und das zweite Material (132) ein Polymethylphenylsiloxan ist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Material (131) die Bauelementebene (122) zumindest teilweise bedeckt.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein weiteres Material (124) zwischen der Bauelementebene (122) und dem ersten Material (131) angeordnet ist, wobei das weitere Material (124) eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent aufweist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das lichtemittierende Bauelement (110) einen Halbleiterchip, insbesondere drei Halbleiterchips aufweist.
Lichtemittierendes Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zweite Material (132) oberhalb der Kavität (121) zu einem optischen Element (134) ausgeformt ist.
Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauteils (100) mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Gehäuses (120) mit einer Kavität (121), wobei das Gehäuse (120) ein Gehäusematerial aufweist, wobei das Gehäusematerial eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent aufweist, wobei die Kavität (121) durch eine Begrenzungswand (123) und eine Bauelementebene (122) gebildet ist, wobei die Begrenzungswand (123) durch eine Oberfläche des Gehäuses (120) gebildet wird; - Platzieren eines lichtemittierenden Bauelements (110) innerhalb der Kavität (121) des Gehäuses (120) und oberhalb der Bauelementebene (122), wobei das lichtemittierende Bauelement (110) eine Emissionsseite (111) aufweist, wobei die Emissionsseite (111) der Bauelementebene (122) gegenüberliegt; - Einbringen eines ersten transparenten Materials (131) in die Kavität (121) mittels Vergussprozess, wobei das erste Material (131) die Begrenzungswand (123) zumindest teilweise bedeckt, wobei das erste Material (131) einen ersten Brechungsindex aufweist; - Einbringen eines zweiten transparenten Materials (132) in die Kavität (121) oberhalb des ersten Materials (131) mittels Vergussprozess, derart dass das zweite Material (132) die Emissionsseite (111) zumindest teilweise bedeckt und derart, dass zwischen dem ersten Material (131) und dem zweiten Material (132) eine Grenzfläche (133) gebildet wird, wobei das zweite Material (132) einen zweiten Brechungsindex aufweist, wobei der erste Brechungsindex kleiner ist als der zweite Brechungsindex.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein weiteres Material (124) zwischen der Bauelementebene (122) und dem ersten Material (131) mittels Vergussprozess eingebracht wird, wobei das weitere Material (124) eine Absorption von Licht im sichtbaren Bereich von mindestens 80 Prozent aufweist.