DE102017106274A1

DE102017106274A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements sowie eines Licht emittierenden Bauelements, Wellenlängenkonversionselement und Licht emittierendes Bauelement

Info

Publication number: DE102017106274A1
Application number: DE102017106274.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Brandl; Holger Koch; Isabel Otto
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-09-27
Also published as: WO2018172354A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements (100) angegeben, bei dem ein Justageträger (1) mit einer Auflagefläche (10) mit zumindest einem Ausrichtelement (11) bereitgestellt wird. Zumindest ein Konverterelement (2) wird auf der Auflagefläche (10) aufgebracht und am Ausrichtelement (11) ausgerichtet, wobei das Ausrichtelement (11) derart ausgeformt ist, dass das Konverterelement (2) durch das Ausrichtelement (11) in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen (90) fixiert wird. Ein Rahmenmaterial (30) wird zur Bildung eines Rahmens (3) aufgebracht, so dass das zumindest eine Konverterelement (2) zumindest teilweise lateral vom Rahmen (3) in direktem Kontakt umschlossen ist und der Rahmen (3) zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement (2) ein zusammenhängendes Bauteil mit einer dem Justageträger (1) zugewandten ersten Hauptoberfläche (101) und einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche (102) bildet.Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements (1000), ein Wellenlängenkonversionselement (100) und ein Licht emittierendes Bauelement (1000) angegeben.

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements, ein Wellenlängenkonversionselement und ein Licht emittierendes Bauelement angegeben.
Beispielsweise im Automobilbereich ist die Verwendung von Scheinwerfern mit mehreren Licht emittierenden Dioden (LEDs) vorteilhaft, da sich durch die Anordnung und den gezielten Betrieb der LEDs auf effiziente Weise gewünschte Abstrahlprofile einstellen lassen. Um weißes Licht zur Umgebungsbeleuchtung zu erzeugen, werden LEDs mit Konversionsschichten verwendet, die einen Teil des direkt von den LEDs erzeugten Lichts in andersfarbiges Licht konvertieren, so dass das hieraus resultierende Mischlicht einen gewünschten weißfarbigen Leuchteindruck aufweist.
Das vorgeschriebene Abstrahlprofil eines Scheinwerfers weist scharfe Kanten an den Rändern des ausgeleuchteten Bereichs auf. Da sich die individuellen Konversionsschichten der einzelnen LEDs eines Scheinwerfers jedoch aufgrund von unvermeidbaren Fertigungstoleranzen bei der Montage auf den LEDs gegeneinander verdrehen können, entsteht hierdurch absolut gesehen zum gesamten Bauteil so wie relativ gesehen zu den anderen Konversionsschichten eine nicht mehr durchgehend gerade leuchtende Kante. Die bei der Montage nicht vermeidbare Toleranz in Bezug auf Verdrehwinkel von typischerweise 3° oder sogar mehr kann nachträglich nicht mehr kompensiert werden. Um dieses Problem zu lösen, kann beispielsweise eine großflächige Konversionsschicht gemeinsam auf allen LEDs platziert werden. Hieraus können sich jedoch im Vergleich zu individuellen Konversionsschichten wiederum Probleme in Bezug auf die Homogenität der Leuchtdichte und/oder der Farbe ergeben.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements anzugeben. Weitere Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements, ein Wellenlängenkonversionselement und ein Licht emittierendes Bauelement anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Verfahren und der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements mit zumindest einem Konverterelement ein Justageträger bereitgestellt. Das zumindest eine Konverterelement wird auf dem Justageträger angeordnet. Zur Bildung eines Rahmens wird ein Rahmenmaterial aufgebracht.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Wellenlängenkonversionselement zumindest ein Konverterelement und einen Rahmen auf.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements ein Wellenlängenkonversionselement auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet.
Gemäß zumindest einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein Licht emittierendes Bauelement ein Wellenlängenkonversionselement auf, das auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet ist.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenkonversionselements, für das Verfahren zur Herstellung des Licht emittierenden Bauelements sowie für das Wellenlängenkonversionselement und das Licht emittierende Bauelement. Werden Ausführungsformen und Merkmale in Bezug auf „zumindest ein“ Element, beispielsweise des Wellenlängenkonversionselements, des Licht emittierenden Bauelements oder des Justageträgers, beschrieben, so gelten diese gleichermaßen für eine Mehrzahl und besonders bevorzugt für alle entsprechenden Elemente des Wellenlängenkonversionselements, des Licht emittierenden Bauelements oder des Justageträgers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement einen Wellenlängenkonversionsstoff auf. Der Wellenlängenkonversionsstoff kann einen oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, beispielsweise YAG:Ce³⁺, Nitride, Nitridosilikate, Sione, Sialone, Aluminate, Oxide, Halophosphate, Orthosilikate, Sulfide, Vanadate und Chlorosilikate. Weiterhin kann der Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ eines oder mehrere organische Materialien aufweisen, die aus einer Gruppe ausgewählt sein können, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement kann geeignete Mischungen und/oder Kombinationen der genannten Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, dass das Wellenlängenkonversionselement in einem ultravioletten bis grünen, beispielsweise in einem blauen ersten Wellenlängenbereich absorbiert und in einem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, der grüne und/oder rote und/oder gelbe Wellenlängenbereiche aufweist.
Weiterhin kann das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement ein transparentes Matrixmaterial umfassen, das den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe umgibt oder enthält oder das an den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe chemisch gebunden ist. Das transparente Matrixmaterial kann beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikon, etwa ein Polysiloxan, oder Mischungen daraus umfassen oder sein. Weiterhin kann das Matrixmaterial ein transparentes Keramikmaterial, beispielsweise undotiertes YAG, und/oder ein Glasmaterial aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement als Plättchen ausgebildet. Insbesondere kann das Wellenlängenkonversionselement durch ein Plättchen mit einer Querschnittsform gebildet werden, die mehreckig und bevorzugt viereckig ist. Es sind aber auch andere Formen möglich. Besonders bevorzugt ist die Form des Wellenlängenkonversionselement an die Form eines Licht emittierenden Halbleiterchips angepasst, auf dem das Wellenlängenkonversionselement im Licht emittierenden Bauelement angeordnet wird. Hierbei kann das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement eine Querschnittsfläche aufweisen, die im Wesentlichen der Leuchtfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips entspricht oder ein wenig, beispielsweise um nicht mehr als 10%, größer als die Leuchtfläche des Halbleiterchips ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wellenlängenkonversionselement eine Mehrzahl von Konverterelementen auf. Die Konverterelemente können im Wellenlängenkonversionselement insbesondere entsprechend einer Anordnung von Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet sein, auf denen das Wellenlängenkonversionselement angeordnet wird. Die Konverterelemente können bevorzugt gleich oder zumindest ähnlich ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Justageträger bereitgestellt, der eine Auflagefläche aufweist. Die Auflagefläche ist derart ausgeführt, dass zumindest ein Konverterelement auf der Auflagefläche angeordnet werden kann. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Auflagefläche in einem Bereich, in dem das zumindest eine Konverterelement angeordnet wird, eben ausgebildet ist. Werden mehrere Konverterelemente auf der Auflagefläche des Justageträgers angeordnet, weist der Justageträger bevorzugt eine Auflagefläche auf, die entsprechend viele Bereiche aufweist, die dazu ausgebildet sind, dass die einzelnen Konverterelemente auf diesen angeordnet werden können. Insbesondere können der oder die Bereiche, in denen das zumindest eine oder eine Mehrzahl von Konverterelementen angeordnet werden, eben ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Justageträger auf der Auflagefläche zumindest ein Ausrichtelement auf, das dazu vorgesehen und eingerichtet ist, das zumindest eine Konverterelement in einer gewünschten Position auf dem Justageträger und insbesondere auf der Auflagefläche auszurichten. Soll zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements mit mehreren Konverterelementen entsprechend eine Mehrzahl von Konverterelementen auf dem Justageträger angeordnet werden, weist dieser auf der Auflagefläche eine entsprechende Mehrzahl von Ausrichtelementen auf. Insbesondere können das eine oder die Mehrzahl der Ausrichtelemente auf der Auflagefläche so angeordnet sein, dass die an diesen ausgerichteten Konverterelemente Positionen aufweisen, die denjenigen Positionen entsprechen, die die Konverterelemente in einem Licht emittierenden Bauelement haben sollen. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Ausrichtelementen zeilenförmig oder matrixförmig angeordnet sein. Entsprechend kann hieraus eine zeilenförmige oder matrixförmige Anordnung von Konverterelementen auf dem Justageträger und auch entsprechend im Wellenlängenkonversionselement folgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Ausrichtelement derart ausgeformt, dass das zumindest eine Konverterelement nach dem Anordnen auf der Auflagefläche und dem Ausrichten am Ausrichtelement durch das Ausrichtelement in zumindest einer und besonders bevorzugt in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen fixiert wird. Mit „lateralen Richtungen“ werden hier und im Folgenden Richtungen bezeichnet, die in einer Ebene verlaufen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Auflagefläche des Justageträgers ist. Eine „vertikale Richtung“ bezeichnet entsprechend eine Richtung, die senkrecht zur Auflagefläche und somit auch senkrecht auf allen lateralen Richtungen steht. Dass das zumindest eine Konverterelement durch das zumindest eine Ausrichtelement in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen fixiert wird, kann somit insbesondere bedeuten, dass das auf der Auflagefläche angeordnete und ausgerichtete zumindest eine Konverterelement in zumindest zwei aufeinander senkrechten Richtungen, die parallel zur Auflagefläche verlaufen, durch das Ausrichtelement an einer Verschiebung auf der Auflagefläche gehindert wird. Darüber hinaus kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das zumindest eine Konverterelement durch das Ausrichtelement nach dem Schritt des Ausrichtens gegen ein Verdrehen fixiert wird. Insbesondere wenn das zumindest eine Konverterelement nach dem Anordnen auf der Auflagefläche und dem Ausrichten am Ausrichtelement durch das Ausrichtelement in einer lateralen Richtung fixiert wird, ist das Ausrichtelement zusätzlich so ausgebildet, dass das Konverterelement nach dem Ausrichten durch das Ausrichtelement auch gegen Verdrehungen fixiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest eine Ausrichtelement durch eine Vertiefung in der Auflagefläche gebildet, in die das zumindest eine Konverterelement eingelegt wird. Die Vertiefung kann insbesondere eine Form aufweisen, die zumindest teilweise einer Form des Konverterelements entspricht und derart dimensioniert sein, dass das zumindest eine Konverterelement in die Vertiefung vollständig eingelegt werden kann. Vollständig bedeutet hierbei, dass das Konverterelement mit einer der Auflagefläche zugewandten Fläche vollständig oder im Wesentlichen vollständig auf der Auflagefläche in der Vertiefung aufliegt. Hierbei ragt das Konverterelement aus der Vertiefung in einer vertikalen Richtung heraus. Mit anderen Worten weist die Vertiefung eine Tiefe auf, die kleiner als eine Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Besonders bevorzugt kann die Vertiefung eine Tiefe aufweisen, die kleiner oder gleich 5% einer Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Nach dem Ausrichten des Konverterelements in der Vertiefung können zumindest Teile von Seitenflächen des Konverterelements an zumindest Teile von Seitenflächen der Vertiefung anstoßen, wodurch das Konverterelement in den zumindest zwei aufeinander senkrechten lateralen Richtungen fixiert wird. Weist der Justageträger eine Mehrzahl von Ausrichtelementen auf, können diese insbesondere als voneinander getrennte Vertiefungen in der Auflagefläche ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zumindest eine Ausrichtelement eine Erhebung in der Auflagefläche auf, an die das zumindest eine Konverterelement in lateraler Richtung angelegt werden kann. Mit anderen Worten kann das Konverterelement auf der Auflagefläche aufgesetzt werden und gegebenenfalls in einer lateralen Richtung derart verschoben werden, dass das Konverterelement an der Erhebung anstößt und dadurch in lateraler Richtung fixiert wird. Beispielsweise kann die Erhebung durch zumindest einen Steg gebildet werden. Insbesondere kann die Erhebung eine L-förmige Erhebung sein, die zwei bevorzugt zueinander senkrechte, in laterale Richtungen verlaufende Stege aufweisen, durch die das Konverterelement in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehende laterale Richtungen fixiert werden kann. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass die Erhebung U-förmig ausgebildet ist und somit durch drei Stege gebildet wird, die sich in lateralen Richtungen auf der Auflagefläche erstrecken und die das Konverterelement in drei lateralen Richtungen fixieren können. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Erhebung durch einen Rahmen gebildet wird, der einen Bereich umschließt, der, wie oben für die Vertiefung beschrieben ist, der Form des zumindest einen Konverterelements entspricht. Die Erhebung kann insbesondere eine Höhe aufweisen, die kleiner als eine Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Insbesondere kann die Erhebung eine Höhe aufweisen, die kleiner oder gleich 5% einer Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Das Konverterelement kann nach dem Aufsetzen und Ausrichten an einem als Erhebung ausgebildeten Ausrichtelement somit in vertikaler Richtung über das Ausrichtelement hinausragen und somit in vertikaler Richtung überstehen.
Das zumindest eine Ausrichtelement kann insbesondere laterale Abmessungen aufweisen, die an die lateralen Abmessungen des zumindest einen Konverterelements derart angepasst sind, dass das zumindest eine Konverterelement während des Ausrichtens und nach dem Ausrichten bei üblichen Fertigungsschwankungen und -einflüssen mit einer Winkeltoleranz von weniger als 3° und bevorzugt von weniger als 1° verdreht werden kann. Das zumindest eine Ausrichtelement kann hierzu Seitenflächen aufweisen, an die das Konverterelement mit Seitenflächen nach dem Ausrichten anstößt und die in lateraler Richtung lang genug sind, um eine entsprechende Verdrehsicherheit zu gewährleisten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Justageträger auf der Auflagefläche eine Mehrzahl von Ausrichtelementen zur Ausrichtung einer Mehrzahl von Konverterelementen auf. An jedem der Mehrzahl der Ausrichtelemente kann jeweils ein Konverterelement ausgerichtet werden. Mit anderen Worten kann für genau ein Konverterelement genau ein Ausrichtelement vorgesehen sein, an dem das entsprechende Konverterelement ausgerichtet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird Rahmenmaterial zur Bildung eines Rahmens auf den Justageträger aufgebracht. Insbesondere wird das Rahmenmaterial lateral versetzt zum zumindest einen Konverterelement oder lateral versetzt zu jedem einer Mehrzahl von Konverterelementen aufgebracht. Mit anderen Worten wird das Rahmenmaterial neben dem einen oder den mehreren Konverterelementen auf dem Justageträger aufgebracht. Insbesondere wird das Rahmenmaterial zur Bildung des Rahmens derart aufgebracht, dass das zumindest eine Konverterelement zumindest teilweise lateral vom Rahmen in direktem Kontakt umschlossen wird und der Rahmen zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement ein zusammenhängendes Bauteil mit einer dem Justageträger zugewandten ersten Hauptoberfläche und einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche bildet. Ist eine Mehrzahl von Konverterelementen auf dem Justageträger vorhanden, kann durch das Aufbringen des Rahmenmaterials ein Rahmen gebildet werden, der jedes der Konverterelemente zumindest teilweise lateral in direktem Kontakt umschließt. Mit anderen Worten wird das Rahmenmaterial derart aufgebracht, dass es an Seitenflächen des einen oder der mehreren Konverterelemente unmittelbar angrenzt und somit ein zusammenhängendes Bauteil mit dem zumindest einen oder den mehreren Konverterelementen bildet. Hierbei kann das Rahmenmaterial bevorzugt ausschließlich lateral versetzt zum einen oder den mehreren Konverterelementen aufgebracht werden, sodass das zumindest eine Konverterelement oder die Mehrzahl der Konverterelemente auf der zweiten Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements frei vom Rahmen bleibt. Da das zumindest eine Konverterelement auf der Auflagefläche des Justageträgers beim Aufbringen des Rahmenmaterials aufliegt, bleibt das zumindest eine Konverterelement auch auf der ersten Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements frei vom Rahmen. Besonders bevorzugt kann die zweite Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements eine durchgängig ebene Fläche sein, die durch eine Oberfläche des Rahmens und durch eine Oberfläche des zumindest einen Konverterelements oder durch entsprechende Oberflächen einer Mehrzahl von Konverterelementen gebildet wird.
Das Rahmenmaterial kann insbesondere ein nicht-transparentes Material sein, das bei einer Mehrzahl von Konverterelementen diese miteinander verbindet. Das Rahmenmaterial kann insbesondere zwischen zwei benachbarten Konversionselementen fugenartig angeordnet sein. Das Rahmenmaterial kann somit insbesondere bewirken, dass die Konversionselemente dauerhaft zusammengehalten werden, so dass das fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement eine selbsttragende Einheit bildet, die ohne zusätzlichen Träger und ohne zusätzliches Substrat weiterverarbeitet werden kann. Dadurch, dass das Rahmenmaterial nicht-transparent ist, kann ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Konverterelementen verhindert werden. Besonders bevorzugt kann das Rahmenmaterial reflektierend, insbesondere weiß reflektierend, sein. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass das Rahmenmaterial zumindest teilweise transparent oder vollständig transparent ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Rahmenmaterial ein Kunststoffmaterial auf, etwa Silikon oder Epoxid oder ein anderes vorab in Verbindung mit dem Konverterelement beschriebenes Material. Das Rahmenmaterial kann beispielsweise durch Gießen („casting“), ein Fomverfahren („molding“) wie beispielsweise Formpressen („compression molding“) oder Spritzen („jetting“) in einer viskosen Form aufgebracht werden. Beispielsweise durch Aushärten des Kunststoffmaterials kann dann der Rahmen gebildet werden. Das so gebildete Wellenlängenkonversionselement kann anschließend vom Justageträger abgenommen werden. Das Kunststoffmaterial kann selbst nicht-transparent sein. Alternativ dazu kann das Kunststoffmaterial an sich auch zumindest teilweise transparent sein. Insbesondere in diesem Fall weist das Rahmenmaterial, wenn es nicht-transparent sein soll, eine Beimischung eines weiteren Materials, beispielsweise in Form von Partikeln, auf, das bewirkt, dass der Rahmen nicht-transparent ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Rahmenmaterial strahlungsreflektierende Partikel auf, die im Kunststoffmaterial angeordnet sind und die einen vom Kunststoffmaterial unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Anstelle oder zusätzlich zu den Partikeln kann das Kunststoffmaterial auch Poren, beispielsweise Luft gefüllte Poren, aufweisen. Die Partikel können mit zumindest einem oder mehreren der Materialien TiO₂, ZrO₂, ZnO, Al₂O₃, BaSO₄, MgO, Ta₂O₅, HfO₂, Gd₂O₃, Nb₂O₃, Y₂O₃ gebildet sein oder zumindest eines oder mehrere dieser Materialien enthalten. Die Konzentration der strahlungsreflektierenden Partikel im Grundmaterial kann bevorzugt größer oder gleich 10 Gew.-% und bevorzugt größer oder gleich 20 Gew.-% sein. Dabei können die strahlungsreflektierenden Partikel innerhalb des Kunststoffmaterials bevorzugt gleichmäßig verteilt sein. Das Kunststoffmaterial und die strahlungsreflektierenden Partikel können derart gewählt sein, dass das Rahmenmaterial und damit der Rahmen aufgrund seiner Reflexionseigenschaften für einen Betrachter weiß erscheint.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wellenlängenkonversionselement auf der ersten Hauptoberfläche eine Oberflächenstruktur auf, die durch das zumindest eine Ausrichtelement des Justageträgers bewirkt wird. Wird das zumindest eine Ausrichtelement beispielsweise durch eine Vertiefung gebildet, so kann das zumindest eine Konverterelement auf der ersten Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements aus dem Rahmen herausragen. Wird das zumindest eine Ausrichtelement durch eine Erhebung auf der Auflagefläche des Justageträgers gebildet, kann das Wellenlängenkonversionselement auf der ersten Oberfläche eine entsprechende Vertiefung aufweisen, deren Form einem Abdruck des zumindest einen Ausrichtelements im Rahmen entspricht. Die Vertiefung kann je nach Form des entsprechenden Ausrichtelements ein Konverterelement teilweise oder vollständig in lateraler Richtung umgeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest eine Konverterelement in lateraler Richtung vollständig vom Rahmen umschlossen und kann dabei teilweise oder vollständig wie vorab beschrieben aus dem Rahmen auf der ersten Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements herausragen. Alternativ hierzu kann das zumindest eine Konverterelement auf zumindest einer Seitenfläche frei vom Rahmen bleiben. Mit anderen Worten kann es möglich sein, dass das Rahmenmaterial zur Bildung des Rahmens nicht an alle Seitenflächen des zumindest einen Konvertermaterials angeformt wird. Wird zumindest ein plättchenförmiges Konverterelement mit einem viereckigen Querschnitt und somit vier Seitenflächen verwendet, so kann es entsprechend möglich sein, dass das Rahmenmaterial und somit auch der Rahmen an drei oder vier Seitenflächen direkt an das Konverterelement angrenzt.
Das Wellenlängenkonversionselement kann somit zumindest ein Konverterelement und einen Rahmen aufweisen, der zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement ein zusammenhängendes Bauteil bildet und der das zumindest eine Konverterelement zumindest teilweise lateral umgibt, wobei das Wellenlängenkonversionselement eine erste Hauptoberfläche und eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist. Die zweite Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselement kann insbesondere eine durchgängig ebene Fläche sein, die durch eine Oberfläche des Rahmens und durch eine Oberfläche des zumindest einen Konverterelements gebildet wird. Weiterhin kann das Wellenlängenkonversionselement in der ersten Hauptoberfläche eine Oberflächenstruktur aufweisen, die zumindest teilweise durch einen an das Konverterelement angrenzenden Bereich des Rahmens gebildet wird, in dem der Rahmen eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement aufweist. Je nach verwendetem Ausrichtelement kann der Bereich mit der geringeren Dicke das zumindest eine Konverterelement vollständig umgeben. Mit anderen Worten kann der Rahmen durchgängig eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement aufweisen. Weiterhin kann der Bereich beispielsweise eine L-artige, eine U-artige oder eine umlaufende Grabenform aufweisen, die an zwei oder mehr Seitenflächen lateral an das zumindest eine Konverterelement angrenzt. Dadurch, dass der Rahmen einen Bereich mit einer geringeren Dicke als das zumindest eine Konverterelement angrenzend an das Konverterelement aufweist, weist das zumindest eine Konverterelement angrenzend an dem Bereich zumindest eine Seitenfläche auf, die teilweise frei vom Rahmen ist. Der Bereich mit der geringeren Dicke kann insbesondere eine Dicke aufweisen, die kleiner als 100% und größer oder gleich 95% der Dicke des zumindest einen Konverterelements ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements zumindest ein Licht emittierender Halbleiterchip bereitgestellt. Das Wellenlängenkonversionselement wird derart auf dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet, dass das zumindest eine Konverterelement des Wellenlängenkonversionselements auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet wird. Weist das Licht emittierende Bauelement eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips auf, weist auch das Wellenlängenkonversionselement bevorzugt eine entsprechend gleiche Mehrzahl von Konverterelementen auf, deren Positionen in lateraler Richtung im Wellenlängenkonversionselement den Positionen der Licht emittierenden Halbleiterchips entsprechen. Das Wellenlängenkonversionselement wird derart auf der Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet, dass jeweils genau ein Konverterelement des Wellenlängenkonversionselements auf einem der Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet wird. Das Licht emittierende Bauelement weist somit auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip oder einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips das Wellenlängenkonversionselement auf, wobei das zumindest eine Konverterelement oder eine Mehrzahl von Konverterelementen auf dem einen oder der Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet ist.
Entsprechend der vorab beschriebenen Ausführungsformen wird vorliegend die Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements mit einem oder mehreren Konverterelementen ermöglicht, die im Vergleich zu bekannten vergleichbaren Lichtquellen auf einzelnen Licht emittierenden Halbleiterchips mit einer verbesserten Genauigkeit in Bezug auf eine relative Verdrehung zueinander platziert werden können. Der Justageträger mit dem zumindest einen oder der Mehrzahl von Ausrichtelementen bildet hierbei wie beschrieben ein Raster, an dem das zumindest eine oder die Mehrzahl von Konverterelementen in einer gewünschten Anordnung ausgerichtet werden können. Die gewünschte Anordnung kann insbesondere einer Anordnung von Licht emittierenden Halbleiterchips in einem Licht emittierenden Bauelement entsprechend. Somit kann ohne eine direkte Montage der Konverterelemente auf dem Licht emittierenden Halbleiterchips die Anordnungskonfiguration der Licht emittierenden Halbleiterchips auf die Konverterelemente übertragen werden, so dass die Fertigungstoleranzen bei einer direkten Einzelmontage der Konverterelemente vermieden werden können. Durch die separate Ausrichtung des zumindest einen Konverterelements oder einer Mehrzahl von Konverterelementen zueinander können insbesondere als mögliche Fehlerquellen eine Abhängigkeit von der Positionierungsgenauigkeit und einer Verdrehung sowie ein „Verschwimmen“ der Konverterelemente bei den Prozessen nach dem Aufbringen auf den Chip wie etwa ein Transport zum Aushärten eliminiert werden.
Durch das Aufbringen des Rahmenmaterials auf mehreren Seiten des oder der Konverterelemente, im Falle von viereckigen Konverterelementen auf mindestens drei Seiten, und durch Verfüllen der Zwischenräume zwischen den Konverterelementen kann ein durch Aushärten ein Rahmen gebildet werden, in dem das oder die Konverterelemente korrekt ausgerichtet sind. Das Wellenlängenkonversionselement mit dem oder den ausgerichteten Konverterelementen wird als Verbund im Rahmen auf einen oder mehrere vorbestückte Halbleiterchips aufgebracht und befestigt. Beispielsweise kann das Wellenlängenkonversionselement auf dem oder den Halbleiterchips aufgeklebt werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach dem Aufsetzen des Wellenlängenkonversionselements ein Verfüllen mit einem weiteren bevorzugt reflektierenden, insbesondere weiß reflektierenden Material erfolgen.
Durch die hier beschriebenen Verfahren und Gegenstände wird ein Licht emittierendes Bauelement mit einem oder mehreren Halbleiterchips ermöglicht, bei dem zugleich ein hoher Kontrast zwischen den einzelnen Leuchtflächen bestehen kann und das Risiko von Verdrehung der Konverterelemente zur Shutterkante sowie zueinander reduziert ist. Die Platziergenauigkeit der Konverterelemente ist hierbei ausschließlich durch die Ablagegenauigkeit des Wellenlängenkonversionselements bestimmt, da die Positionierung der Konverterelemente getrennt vom LED-Herstellungsprozess erfolgt. Selbst eine absolute Verdrehung des Wellenlängenkonversionselements kann hierbei kompensiert werden, da der Verdrehvektor eines Ecks bei gegebenem Verdrehwinkel umso größer ist, je länger die zu drehende Kante ist. Somit ist der Verdrehwinkel bei gleichem Verdrehvektor beim Wellenlängenkonversionselement im Vergleich zu den einzeln platzierten Konverterelementen entsprechend kleiner.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A bis 1F schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2A bis 2G schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3A bis 3G schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
4A und 4B schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
5A bis 5D schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
6A und 6B schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
7A bis 7D schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
8A bis 8C schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

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 sein.
In den 1A bis 1F sind Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements 100 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt wird hierbei ein Justageträger 1 bereitgestellt, der als Raster zur Anordnung und Ausrichtung zumindest eines Konverterelements 2 vorgesehen und eingerichtet ist. Der Justageträger 1 sowie das fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 sind in den 1A bis 1F jeweils als Ausschnitt mit einem Ausrichtelement 11 beziehungsweise einem Konverterelement 2 gezeigt. Entsprechend kann mittels des beschriebenen Verfahrens beispielsweise ein Wellenlängenkonversionselement 100 mit genau einem Konverterelement 2 hergestellt werden. Alternativ hierzu kann auch ein Wellenlängenkonversionselement 100 mit einer Mehrzahl von Konverterelementen 2 hergestellt werden, wie sich auch in nachfolgenden Figuren gezeigt sind.
In den 1A und 1B ist in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht ein Ausschnitt des Justageträgers 1 gezeigt, der auf einer Auflagefläche 10 ein Ausrichtelement 11 aufweist, das zur Anordnung und Ausrichtung des Konverterelements 2 dient. In den 1A und 1B sind weiterhin der Erläuterung dienend laterale Richtungen 90, die parallel zur Haupterstreckungsebene der Auflagefläche 10 verlaufen, und eine vertikale Richtung 91, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Auflagefläche 10 steht, angedeutet. Das Ausrichtelement 11 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Vertiefung in der Auflagefläche 10 ausgebildet. Die laterale Querschnittform der Vertiefung, also der in der Aufsicht der 1B erkennbare Querschnitt, entspricht, wie im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1C und 1D näher erläutert wird, der Querschnittsform des Konverterelements 2.
Das Konverterelement 2 ist als vorgefertigtes Plättchen ausgebildet und weist wie das Ausrichtelement 11 im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft eine quadratische Querschnittsform in lateraler Richtung auf. Entsprechend weist das Konverterelement 2 zwei sich gegenüberliegende quadratische Oberflächen auf, die durch Seitenflächen miteinander verbunden sind. Die Form des Konverterelements 2 richtet sich dabei besonders bevorzugt nach der Form der Leuchtfläche eines Licht emittierenden Halbleiterchips, auf den das Wellenlängenkonversionselement 100 und damit insbesondere das Konverterelement 2 aufgebracht werden soll. Somit können die Form des Konverterelements 2 sowie dementsprechend auch die Form des Ausrichtelements 11 des Justageträgers 1 von der gezeigten quadratischen Form abweichen.
Das Konverterelement 2 weist einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe auf. Hierbei kann das Konverterelement 2 wie oben im allgemeinen Teil beschrieben den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe in einem Matrixmaterial aufweisen, das einen Kunststoff, ein Keramikmaterial oder ein Glasmaterial aufweisen oder sein kann.
Wie in den 1C und 1D in einer Schnittdarstellung und einer Aufsicht gezeigt ist, wird das Konverterelement 2 auf der Auflagefläche 10 angeordnet und am Ausrichtelement 11 ausgerichtet. Hierzu wird das Konverterelement 2 in die das Ausrichtelement 11 bildende Vertiefung eingesetzt. Weist die Vertiefung einen größeren lateralen Querschnitt, also zumindest eine oder mehrere größere laterale Abmessungen, als das Konverterelement 2 auf, wird das Konverterelement 2 beispielsweise in die beiden in 1D gezeigten lateralen Richtungen 90 verschoben, bis die Seitenflächen des Konverterelements 2 die entsprechenden Seitenflächen des Ausrichtelements 11, also im gezeigten Ausführungsbeispiel Seitenflächen der Vertiefung, berühren und das Konverterelement 2 so vom Ausrichtelement 11 in den beiden gezeigten senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen 90 fixiert wird. Weist die das Ausrichtelement 11 bildende Vertiefung laterale Abmessungen auf, die im Wesentlichen den lateralen Abmessungen des Konverterelements 2 entsprechen und die nach dem Einsetzen in die Vertiefung kein weiteres laterales Verschieben erlauben, kann es auch möglich sein, dass das Ausrichtelement 11 das Konverterelement 2 in mehr als zwei lateralen Richtungen fixiert. Das Ausrichtelement 11 ist insbesondere derart an die lateralen Abmessungen des Konverterelements 2 angepasst, dass das Konverterelement 2 während des Ausrichtens und nach dem Ausrichten bei üblichen Fertigungsschwankungen und -einflüssen mit einer Winkeltoleranz von weniger als 3° und bevorzugt von weniger als 1° und besonders bevorzugt überhaupt nicht verdreht werden kann. Das Ausrichtelement 11 weist hierzu wie beschrieben Seitenflächen auf, an die das Konverterelement 2 mit dessen Seitenflächen nach dem Ausrichten anstößt und die in lateraler Richtung entsprechend geformt sind, um eine entsprechende Verdrehsicherheit zu gewährleisten.
Die das Ausrichtelement 11 bildende Vertiefung weist eine Tiefe in vertikaler Richtung auf, die kleiner als die Dicke des Konverterelements 2 in vertikaler Richtung ist. Insbesondere ist die Tiefe der Vertiefung kleiner oder gleich 5% und größer als 0% der Dicke des Konverterelements 2, so dass das Konverterelement 2 zu mindestens 95% aus der Vertiefung herausragt und somit zu zumindest 95% das Ausrichtelement 11 in vertikaler Richtung überragt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in 1E gezeigt ist, ein Rahmenmaterial 30 auf dem Justageträger 1 lateral neben dem Konverterelement 2 und in direktem Kontakt zu Seitenflächen des Konverterelements 2 aufgebracht. Das Rahmenmaterial 30 kann insbesondere einen Kunststoff aufweisen oder ein Kunststoff sein, der beispielsweise mittels Gießens, Spritzens oder eines Formverfahrens aufgebracht werden kann. Je nach verwendetem Verfahren zum Aufbringen des Rahmenmaterials 30 kann der Justageträger 1 ein geeignetes Material, beispielsweise einen Kunststoff, ein Keramikmaterial, ein Glasmaterial oder ein Metall aufweisen oder daraus sein. Im Falle eines Formverfahrens kann der Justageträger 1 insbesondere Teil eines Formwerkzeugs sein oder zumindest geeignet sein, in ein Formwerkzeug eingelegt zu werden.
Durch Aushärten des Rahmenmaterials 30, also insbesondere des Kunststoffmaterials des Rahmenmaterials 30, wird ein Rahmen 3 gebildet, der das Konverterelement 2 zumindest teilweise, im gezeigten Ausführungsbeispiel sogar vollständig, lateral in direktem Kontakt umschließt. Das entsprechend fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 ist in 1E nach dem Entnehmen aus dem Justageträger gezeigt. Der Rahmen 3 bildet zusammen mit dem Konverterelement 2 ein zusammenhängendes Bauteil mit einer vor dem Entnehmen aus dem Justageträger 1 dem Justageträger 1 zugewandten ersten Hauptoberfläche 101 und einer der ersten Hauptoberfläche 101 gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche 102.
Das Rahmenmaterial 30 und damit der Rahmen 3 sind bevorzugt nicht-transparent und besonders bevorzugt reflektierend. Insbesondere ist ein weiß reflektierender Rahmen 3 besonders vorteilhaft. Hierzu können das Rahmenmaterial 30 und damit auch der Rahmen 3 im Kunststoffmaterial Partikel wie oben im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen. Rein beispielhaft kann das Rahmenmaterial 30 und damit entsprechend nach dem Aushärten der Rahmen 3 als Kunststoffmaterial Silikon und als Partikel TiO₂-Partikel aufweisen. Die Partikel können homogen im Kunststoff verteilt sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass in Bereichen angrenzend an das Konverterelement 2 die Konzentration von Partikeln höher ist als in Bereichen, die lateral weiter entfernt vom Konverterelement 2 sind. In diesem Fall kann es auch möglich sein, dass der Rahmen 3 um das Konverterelement 2 nicht-transparent ist und um diesen nicht-transparenten Bereich herum wiederum transparent. Alternativ hierzu kann der Rahmen 3 auch vollständig transparent sein.
Das Konverterelement 2 ist auf der ersten und zweiten Hauptoberfläche 101, 102 des Wellenlängenkonversionselements 100 jeweils frei vom Rahmen 3, wobei die zweite Hauptoberfläche 102 des Wellenlängenkonversionselements 100 bevorzugt wie gezeigt eine durchgängig ebene Fläche ist, die durch die entsprechende Oberfläche des Rahmens 3 und durch die entsprechende Oberfläche des Konverterelements 2 gebildet wird. Auf der ersten Hauptoberfläche 101 weist das Wellenlängenkonversionselement 100 eine Oberflächenstruktur auf, die durch das Ausrichtelement 11 des Justageträgers 1 bewirkt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ragt das Konverterelement 2 aufgrund der Ausbildung des Ausrichtelements 11 als Vertiefung auf der ersten Hauptoberfläche 101 des Wellenlängenkonversionselements 100 aus dem Rahmen 3 heraus und ist zu einem Bereich 31 des Rahmens direkt benachbart ist, der eine geringere Dicke als das Konverterelement 2 aufweist. Der Bereich 31 umschließt hierbei das Konverterelement 2. Das Konverterelement 2 bildet somit eine inselartige Erhöhung in der ersten Hauptoberfläche 101. Entsprechend der Tiefe des Ausrichtelements 11 des Justageträgers 1 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel der Bereich 31 und insbesondere durchgängig der gesamte Rahmen 3 eine Dicke auf, die kleiner als 100% und größer oder gleich 95% der Dicke des Konverterelements 2 ist.
Die in den nachfolgenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele bilden Weiterentwicklungen oder Modifikationen des in den 1A bis 1F gezeigten Ausführungsbeispiels. Die Beschreibung nachfolgender Ausführungsbeispiele beschränkt sich daher im Wesentlichen auf Unterschiede zu vorherigen Ausführungsbeispielen.
In den 2A bis 2G sind Verfahrensschritte für ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Justageträger 1 im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel als Ausrichtelement 11 eine Erhebung auf der Auflagefläche 10 aufweist, wie in den 2A und 2B in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht gezeigt ist. Wie in den 2C und 2D ebenfalls in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht gezeigt ist, wird das Konverterelement 2 auf der Auflagefläche 10 aufgesetzt und gegebenenfalls in lateraler Richtung derart verschoben, dass das Konverterelement 2 an der Erhebung anstößt und dadurch in lateraler Richtung 90 fixiert wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erhebung als L-förmige Erhebung ausgebildet, die zwei zueinander senkrechte, in laterale Richtungen verlaufende Stege aufweist, durch die das Konverterelement 2 in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehende laterale Richtungen 90 fixiert werden kann. Die Stege können auch beabstandet zueinander ausgebildet sein. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass die Erhebung U-förmig ausgebildet ist und somit durch drei Stege gebildet wird, die sich in lateralen Richtungen auf der Auflagefläche 10 erstrecken und die das Konverterelement 2 in drei lateralen Richtungen fixieren können. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Erhebung eine Rahmenform aufweist, die einen Bereich auf der Auflagefläche 10 umschließt, der, wie oben für die Vertiefung beschrieben ist, der Form des zumindest einen Konverterelements 2 entsprechen kann. Weist das Konverterelement 2 eine andere laterale Querschnittsform als die gezeigte quadratische Form auf, kann die Erhebung auch entsprechend anders geformt ausgebildet sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Erhebung in der Auflagefläche 10 anstelle der gezeigten Wulst-artigen Form durch eine entsprechend verlaufende Stufe gebildet wird.
Die Erhebung weist eine Höhe auf, die kleiner als eine Dicke des zumindest einen Konverterelements 2 ist. Insbesondere kann die Erhebung eine Höhe aufweisen, die kleiner oder gleich 5% einer Dicke des zumindest einen Konverterelements 2 ist. Das Konverterelement 2 kann nach dem Aufsetzen und Ausrichten an dem als Erhebung ausgebildeten Ausrichtelement 11 somit in vertikaler Richtung über das Ausrichtelement 11 hinausragen und somit in vertikaler Richtung um mindestens 95% überstehen.
Wie in Verbindung mit der 1E beschrieben ist, wird in einem folgenden Verfahrensschritt, der in 2E gezeigt ist, ein Rahmenmaterial 30 zur Bildung des Rahmens 3 aufgebracht und ausgehärtet. Das fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 ist in den 2F und 2G in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht auf die erste Hauptoberfläche 102 gezeigt.
Im Vergleich zum in 1F gezeigten Wellenlängenkonversionselement 100 weist das in den 2F und 2G gezeigte Wellenlängenkonversionselement 100 auf der ersten Hauptoberfläche 101 einen Bereich 31 auf, der durch eine Vertiefung gebildet wird, deren Form einem Abdruck des Ausrichtelements 11 im Rahmen 3 entspricht. Der Bereich 31 kann je nach Form des Ausrichtelements 11 das Konverterelement 2 wie gezeigt L-förmig und damit teilweise umgeben. Bei einer alternativen Ausbildung des Ausrichtelements 11 in Rahmenform kann der Bereich 31 das Konverterelement 2 auch vollständig in lateraler Richtung umschließen. Das Wellenlängenkonversionselement 100 des Ausführungsbeispiels der 2A bis 2G weist somit als zweite Hauptoberfläche 102 eine durchgängig ebene Fläche auf, die durch eine Oberfläche des Rahmens 3 und durch eine Oberfläche des Konverterelements 2 gebildet wird, während eine Oberflächenstruktur in der ersten Hauptoberfläche 101 vorhanden ist, die zumindest teilweise durch einen an das Konverterelement angrenzenden Bereich 31 des Rahmens 3 gebildet wird, wobei der Rahmen 3 in dem Bereich 31 eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement 2 aufweist. Insbesondere kann entsprechend der Höhe des Ausrichtelements 11 des Justageträgers 1 der Rahmen 3 in dem Bereich 31 eine Dicke aufweisen, die größer oder gleich 95% und kleiner als 100% der Dicke des Konverterelements 2 ist. Außerhalb des Bereichs 31 weist der Rahmen 3 eine Dicke auf, die der Dicke des Konverterelements 2 entspricht.
In den 3A bis 3G sind Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die den in Verbindung mit den in den 1A bis 1F beschriebenen Verfahrensschritten entsprechen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1A bis 1F weist der Justageträger 1 eine Mehrzahl von zeilenförmig nebeneinander angeordneten Ausrichtelementen 11 auf (3A und 3B), an denen eine entsprechende Mehrzahl von Konverterelementen 2 ausgerichtet werden kann (3C).
Rein beispielhaft ist eine Anzahl von vier Ausrichtelementen 11 und entsprechend eine Anzahl von vier Konverterelementen 2 gezeigt. Dadurch kann, wie in den 3D und 3E gezeigt ist, durch Aufbringen und Aushärten des Rahmenmaterials 30 ein Rahmen 3 gebildet werden, der die Konverterelemente 2 lateral in direktem Kontakt umschließt und dabei die Zwischenräume zwischen den Konverterelementen 2 vollständig verfüllt, so dass das Wellenlängenkonversionselement 11 wie in den 3F und 3G gezeigt ein zusammenhängendes Bauteil mit den vom Rahmen 3 lateral umschlossenen Konverterelementen 2 ist.
Alternativ zu der gezeigten Anzahl von Ausrichtelementen 11 und Konverterelementen 2 sowie alternativ zur Ausbildung der Ausrichtelemente 11 als Vertiefungen sind auch andere Konfigurationen möglich. In den 4A und 4B sind in ausschnittsweisen Aufsichten der Justageträger 1 (4A) und das fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 (4B) gemäß Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei denen eine Mehrzahl von matrixförmig angeordneten Ausrichtelementen 11 beziehungsweise Konverterelementen 2 vorhanden ist, wobei die Ausrichtelemente 11 wie in Verbindung mit dem in den 2A bis 2G gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben als Erhebungen ausgebildet sind.
In den 5A bis 5D ist ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements 1000 gezeigt, bei dem ein Wellenlängenkonversionselement 100, das gemäß den beschriebenen Verfahren hergestellt wird, verwendet wird.
Das Licht emittierende Bauelement weist, wie in 5A in einer Schnittdarstellung und in 5B in einer Aufsicht gezeigt ist, eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 200 auf. Rein beispielhaft sind vier Halbleiterchips 200 gezeigt, die in einem Gehäuse 300 oder auf einem anderen geeigneten Träger in einer gewünschten Anordnung fertig montiert und elektrisch angeschlossen sind. Beispielsweise kann es sich bei den Halbleiterchips 200 um oberflächenmontierbare Halbleiterchips handeln, die durch Auflöten montiert und elektrisch angeschlossen werden können. Die dem Gehäuse 300 abgewandten Oberseiten der Halbleiterchips 200 bilden die Leuchtflächen, über die im Betrieb beispielsweise blaues Licht abgestrahlt werden kann. Die Halbleiterchips 200, die rein beispielhaft einen quadratischen Querschnitt aufweisen, können beispielsweise laterale Kantenlängen von größer oder gleich 100 µm und kleiner oder gleich 2 mm aufweisen. Es können auch kleinere Kantenlängen möglich sein, beispielsweise im Bereich von größer oder gleich 10 µm. Besonders bevorzugte Kantenlängen können zum Beispiel 500 µm oder 750 µm oder 1 mm oder etwa 1,5 mm sein. Der Abstand zwischen den Halbleiterchips 200 kann je nach Anwendung beispielsweise größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 150 µm sein. Ein besonders bevorzugter Abstand kann beispielsweise etwa 100 µm sein. Licht emittierende Halbleiterchips sowie Gehäuse oder andere Träger hierfür sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter erläutert.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in einer Schnittdarstellung in Figur 5C und in einer Aufsicht in 5D gezeigt ist, wird das Wellenlängenkonversionselement 100 auf den Halbleiterchips 200 aufgebracht. Das Wellenlängenkonversionselement 100 weist eine Anzahl und Anordnung von Konverterelementen 2 auf, die der Anzahl und Anordnung der Halbleiterchips 200 entspricht, wobei die Konverterelemente 2 einen lateralen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen dem lateralen Querschnitt der Halbleiterchips 2 entspricht. Hierbei können die lateralen Abmessungen der Konverterelemente 2 auch etwas größer als die lateralen Abmessungen der Halbleiterchips 200 sein, wobei dann der Abstand zwischen benachbarten Konverterelementen 2 im Wellenlängenkonversionselement 100 entsprechend kleiner als der entsprechende Abstand der Halbleiterchips 200 ist und beispielsweise größer oder gleich 50 µm und kleiner oder gleich 70 µm sein kann.
Das Wellenlängenkonversionselement 100 wird mit der ersten Hauptoberfläche 101 derart auf den Halbleiterchips 200 aufgebracht, dass jedes der Konverterelemente 2 auf genau einem der Halbleiterchips 200 angeordnet wird. Beispielsweise können die Konverterelemente 2 und damit das Wellenlängenkonversionselement 100 auf den Halbleiterchips 200 mittels eines geeigneten Klebstoffs aufgeklebt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Konverterelemente 2 derart ausgebildet, dass ein Teil des von den Halbleiterchips 200 im Betrieb erzeugten blauen Lichts in Licht im gelben und/oder grünen und/oder roten Spektralbereich konvertiert wird, so dass das Licht emittierende Bauelement 1000 im Betrieb weißes Licht abstrahlen kann. Beispielsweise kann das Licht emittierende Bauelement 1000 als Scheinwerfer oder Scheinwerferelement ausgebildet sein. Durch eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Halbleiterchips 200 kann eine gewünschte Abstrahlcharakteristik erzeugt werden. Da die Konverterelemente 2 im Rahmen der Herstellung des Wellenlängenkonversionselements 100 unabhängig von den Halbleiterchips 200 und damit verbundenen Fertigungsschwankungen korrekt ausgerichtet werden können, kann ein unerwünschtes individuelles Verdrehen der einzelnen Konverterelemente 2 zueinander oder zum Bauelement 1000 an sich vermieden werden, so dass sich eine durchgehende leuchtende Kante ergeben kann.
Wie in den 6A und 6B in einer Schnittdarstellung und einer Aufsicht gezeigt ist, kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel das Gehäuse 300 nach dem Aufbringen des Wellenlängenkonversionselements 100 mit einem weiteren, bevorzugt reflektierenden, insbesondere weiß reflektierenden Material 400 bis zur Oberkante des Wellenlängenkonversionselements 100, also bis zur zweiten Hauptoberfläche 102 verfüllt werden. Das weitere Material kann beispielsweise wie das Rahmenmaterial des Wellenlängenkonversionselements 100 ausgebildet sein oder ein anderes, oben im allgemeinen Teil in Verbindung mit dem Rahmenmaterial beschriebenes Material aufweisen oder daraus sein.
Die in den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigten Wellenlängenkonversionselemente 100 weisen jeweils vollständig vom Rahmen 3 umschlossene Konverterelemente 2 auf. Alternativ hierzu können, wie in den 7A bis 7D gezeigt ist, die Konverterelemente 2 auf einer Seitenfläche frei vom Rahmen 3 bleiben und somit nur auf drei Seitenflächen vom Rahmen 3 umschlossen sein. Ein solches Wellenlängenkonversionselement 100 kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Halbleiterchips, auf denen das Wellenlängenkonversionselement 100 angeordnet werden soll, einen oberseitigen Anschlussbereich, beispielsweise für einen Bonddraht, aufweisen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Bauelement 1000 mit solchen Halbleiterchips 200 ist in den 8A bis 8C gezeigt.
In 8A ist das Gehäuse 300 mit den Halbleiterchips 200 in einer Aufsicht dargestellt. Die Halbleiterchips 200 weisen, angedeutet durch die gestrichelte Linie, einen Anschlussbereich 201 auf, in dem die Halbleiterchips 200 durch Bonddrähte (nicht gezeigt) kontaktiert werden. Wird das in Verbindung mit den 7A bis 7D beschriebene Wellenlängenkonversionselement 100 aufgebracht, wie in den 8B und 8C in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht gezeigt ist, können die Anschlussbereiche 201 frei und unbedeckt vom Wellenlängenkonversionselement 100 bleiben, so dass die Bonddrahtverbindungen in diesen Bereichen nicht vom Wellenlängenkonversionselement 100 beschädigt werden. Nach dem Aufbringen des Wellenlängenkonversionselements 100 kann, wie in Verbindung mit den 6A und 6B beschrieben ist, ein Verfüllen mit einem weiteren Material erfolgen.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternative oder zusätzliche 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

1: Justageträger
2: Konverterelement
3: Rahmen
10: Auflagefläche
11: Ausrichtelement
30: Rahmenmaterial
31: Bereich
90: laterale Richtung
91: vertikale Richtung
100: Wellenlängenkonversionselement
101: erste Hauptoberfläche
102: zweite Hauptoberfläche
200: Licht emittierender Halbleiterchip
201: Anschlussbereich
300: Gehäuse
400: Material
1000: Licht emittierendes Bauelement

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements (100) mit zumindest einem Konverterelement (2) mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Justageträgers (1) mit einer Auflagefläche (10) mit zumindest einem Ausrichtelement (11), B) Anordnen des zumindest einen Konverterelements (2) auf der Auflagefläche (10) und Ausrichten des zumindest einen Konverterelements (2) am Ausrichtelement (11), wobei das Ausrichtelement (11) derart ausgeformt ist, dass das Konverterelement (2) durch das Ausrichtelement (11) in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen (90) fixiert wird, C) Aufbringen eines Rahmenmaterials (30) zur Bildung eines Rahmens (3), so dass das zumindest eine Konverterelement (2) zumindest teilweise lateral vom Rahmen (3) in direktem Kontakt umschlossen ist und der Rahmen (3) zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement (2) ein zusammenhängendes Bauteil mit einer dem Justageträger (1) zugewandten ersten Hauptoberfläche (101) und einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche (102) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweite Hauptoberfläche (102) des Wellenlängenkonversionselements (100) eine durchgängig ebene Fläche ist, die durch eine Oberfläche des Rahmens (3) und durch eine Oberfläche des zumindest einen Konverterelements (2) gebildet wird, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) eine Oberflächenstruktur in der ersten Hauptoberfläche (101) bewirkt und bei dem das zumindest eine Konverterelement (2) auf der ersten und zweiten Hauptoberfläche (101, 102) frei vom Rahmen (3) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) eine Vertiefung in der Auflagefläche (10) ist, in die das zumindest eine Konverterelement (2) eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) eine Erhebung in der Auflagefläche (10) ist, an das das zumindest eine Konverterelement (2) in lateraler Richtung (90) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) laterale Abmessungen aufweist, die an die lateralen Abmessungen des zumindest einen Konverterelements (2) derart angepasst sind, dass das zumindest eine Konverterelement (2) mit einer Winkeltoleranz von weniger als 3° und bevorzugt von weniger als 1° verdreht werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zumindest eine Konverterelement (2) in lateraler Richtung vollständig vom Rahmen (3) umschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zumindest eine Konverterelement (2) auf zumindest einer Seitenfläche frei vom Rahmen (3) bleibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Justageträger (1) auf der Auflagefläche (10) eine Mehrzahl von Ausrichtelementen (11) zur Ausrichtung einer Mehrzahl von Konverterelementen (2) aufweist, bei dem im Verfahrensschritt B an jedem der Mehrzahl der Ausrichtelemente (11) jeweils ein Konverterelement (2) ausgerichtet wird und bei dem im Verfahrensschritt C durch das Aufbringen des Rahmenmaterials (30) ein Rahmen (3) gebildet wird, der jedes der Konverterelemente (2) zumindest teilweise lateral in direktem Kontakt umschließt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Mehrzahl der Ausrichtelemente (11) zeilenförmig oder matrixförmig angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements (1000) mit einem Wellenlängenkonversionselement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das derart auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet wird, dass das zumindest eine Konverterelement (2) auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet wird.
Wellenlängenkonversionselement (100) mit zumindest einem Konverterelement (2) und einem Rahmen (3), der zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement (2) ein zusammenhängendes Bauteil bildet und das zumindest eine Konverterelement (2) zumindest teilweise lateral umgibt, wobei das Wellenlängenkonversionselement (100) eine erste Hauptoberfläche (101) und eine der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (102) aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche (102) eine durchgängig ebene Fläche ist, die durch eine Oberfläche des Rahmens (3) und durch eine Oberfläche des zumindest einen Konverterelements (2) gebildet wird, und wobei eine Oberflächenstruktur in der ersten Hauptoberfläche (101) vorhanden ist, die zumindest teilweise durch einen direkt an das Konverterelement (2) angrenzenden Bereich (31) des Rahmens (3) gebildet wird, in dem der Rahmen (3) eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement (2) aufweist.
Wellenlängenkonversionselement (100) nach Anspruch 11, wobei der Bereich (31) das zumindest eine Konverterelement (2) vollständig umgibt.
Wellenlängenkonversionselement (100) nach Anspruch 12, wobei der Rahmen (3) durchgängig eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement (2) aufweist.
Wellenlängenkonversionselement (100) nach Anspruch 11, wobei der Bereich (31) eine L-artige Form aufweist, die an zwei Seitenflächen lateral an das zumindest eine Konverterelement (2) angrenzt.
Wellenlängenkonversionselement (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Bereich (31) eine Dicke aufweist, die kleiner als 100% und größer oder gleich 95% der Dicke des zumindest einen Konverterelements ist (2) .
Licht emittierendes Bauelement (1000) mit einem Wellenlängenkonversionselement (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das derart auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet ist, dass das zumindest eine Konverterelement (2) auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet ist.