DE102018105910B4 - Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen (7) mit den folgenden Schritten:- Bereitstellen einer ersten Konversionsschicht (1), die elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, auf einem Hilfsträger (2),- Aufbringen einer zweiten Konversionsschicht (3), die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umwandelt, auf der ersten Konversionsschicht (1), und- Trennen des entstandenen Schichtenstapels (4) derart, dass eine Vielzahl an Konversionselementen (7) entsteht, wobei- jedes Konversionselement (7) zumindest einen ersten konvertierenden Bereich (8) umfasst, der Material der ersten Konversionsschicht (1) aufweist,- jedes Konversionselement (7) zumindest einen zweiten konvertierenden Bereich (9) umfasst, der Material der zweiten Konversionsschicht (3) aufweist, und- die konvertierenden Bereiche (8, 9) lateral nebeneinander angeordnet sind, wobei der Schichtenstapel (4) nach dem Aufbringen der Konversionsschichten (1, 3) und vor dem Trennen aus der Haupterstreckungsebene des Schichtenstapels (4) zu einem Quader zickzack-förmig gefaltet wird.

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen angegeben.
  • Die Druckschrift JP 2015 - 228 389 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines optischen funktionalen Elements, ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements und ein lichtemittierendes Bauelement.
  • Die Druckschrift US 2017 / 0 250 318 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements.
  • Die Druckschrift JP 2009 - 177 106 A betrifft ein keramisches Element für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elements für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und ein Display.
  • Die Druckschrift JP 2015 - 076 595 A beschreibt ein vielfarbiges Leuchtstoffblatt und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie ein lichtemittierendes LED-Bauelement mit einem vielfarbigen Leuchtstoffblatt.
  • Es soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen angegeben werden, von denen jedes mindestens zwei verschiedene, voneinander getrennte Bereiche aufweist, die unterschiedliche wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen wird eine erste Konversionsschicht bereitgestellt. Die erste Konversionsschicht ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Besonders bevorzugt wird die erste Konversionsschicht auf einem Hilfsträger bereitgestellt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine zweite Konversionsschicht, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umwandelt, auf der ersten Konversionsschicht aufgebracht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der entstandene Schichtenstapel derart getrennt, dass eine Vielzahl von Konversionselementen entsteht. Die Konversionselemente können hierbei gleichartig oder verschieden voneinander ausgebildet sein.
  • Besonders bevorzugt wird der Schichtenstapel derart getrennt, dass jedes Konversionselement zumindest einen ersten konvertierenden Bereich aufweist, der Material der ersten Konversionsschicht aufweist oder aus Material der ersten Konversionsschicht gebildet ist. Weiterhin umfasst jedes Konversionselement bevorzugt ebenfalls zumindest einen zweiten konvertierenden Bereich, der Material der zweiten Konversionsschicht aufweist oder aus Material der zweiten Konversionsschicht gebildet ist. Besonders bevorzugt sind die unterschiedlichen konvertierenden Bereiche lateral nebeneinander angeordnet. Besonders bevorzugt grenzen die unterschiedlichen konvertierenden Bereiche direkt aneinander an. Beispielsweise stehen mindestens zwei unterschiedliche konvertierende Bereiche des Konversionselements zumindest teilweise jeweils an einer Grenzfläche in direktem Kontakt miteinander. Insbesondere ist jedes Konversionselement besonders bevorzugt frei von Trennstrukturen, wie beispielsweise Dämmen, zwischen den unterschiedlichen konvertierenden Bereichen.
  • Die Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen konvertierenden Bereichen kann hierbei senkrecht auf einer Haupterstreckungsebene des Konversionselements stehen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen konvertierenden Bereichen einen Winkel, beispielsweise einen spitzen Winkel, mit einer Normalen der Haupterstreckungsebene einschließt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf die zweite Konversionsschicht mindestens eine weitere erste Konversionsschicht und mindestens eine weitere zweite Konversionsschicht alternierend aufgebracht. Mit anderen Worten kann der Schichtenstapel eine Vielzahl erster Konversionsschichten und zweiter Konversionsschichten umfassen, die bevorzugt alternierend angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird auf die zweite Konversionsschicht eine dritte Konversionsschicht aufgebracht. Die dritte Konversionsschicht wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vierten Wellenlängenbereichs um. Beim Trennen eines Schichtenstapels mit mindestens drei unterschiedlichen Konversionselementen weist bevorzugt jedes Konversionselement neben dem ersten konvertierenden Bereich und dem zweiten konvertierenden Bereich zumindest einen dritten konvertierenden Bereich auf, der durch Material der dritten Konversionsschicht gebildet ist oder Material der dritten Konversionsschicht aufweist.
  • Vorliegend können auch weitere Konversionsschichten in den Schichtenstapel eingebaut werden, die bevorzugt andere wellenlängenkonvertierende Eigenschaften als die erste Konversionsschicht, die zweite Konversionsschicht und die dritte Konversionsschicht aufweisen. Bevorzugt konvertieren jedoch alle Konversionsschichten elektromagnetische Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich.
  • Beispielsweise ist der Schichtenstapel aus den Konversionsschichten gebildet. Beispielsweise ist der Schichtenstapel aus einer oder mehreren ersten Konversionsschichten, einer oder mehreren zweiten Konversionsschichten und einer oder mehreren dritten Konversionsschichten gebildet.
  • Weiterhin umfasst jedes Konversionselement nach dem Trennen des Schichtenstapels besonders bevorzugt jeweils einen konvertierenden Bereich, der Material jeder Konversionsschicht aufweist oder aus einem derartigen Material gebildet ist. Die unterschiedlichen konvertierenden Bereiche bevorzugt sind jeweils lateral nebeneinander angeordnet.
  • Besonders bevorzugt sind der erste Wellenlängenbereich, der zweite Wellenlängenbereich, der dritte Wellenlängenbereich und der vierte Wellenlängenbereich jeweils verschieden voneinander ausgebildet. Beispielsweise weist der erste Wellenlängenbereich blaues Licht auf oder ist aus blauem Licht gebildet. Der zweite Wellenlängenbereich weist besonders bevorzugt gelbes bis grünes Licht auf oder ist aus gelbem bis grünem Licht gebildet. Der dritte Wellenlängenbereich weist besonders bevorzugt rotes Licht auf oder ist aus rotem Licht gebildet. Der vierte Wellenlängenbereich weist beispielsweise cyanfarbenes Licht auf oder ist aus cyanfarbenem Licht gebildet.
  • Werden in dem Schichtenstapel mehr als zwei unterschiedliche Arten an Konversionsschichten verwendet, so ist es möglich, dass diese sich wieder in dem Schichtenstapel alternierend wiederholen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Trennen des Schichtenstapels zwei Trennschritte. Beim ersten Trennschritt wird der Schichtenstapel bevorzugt in eine Vielzahl an Scheiben zerteilt, beispielsweise mittels Sägen oder mit Hilfe eines Lasers. Die Dicke der Scheibe liegt beispielsweise zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 200 Mikrometer. Bevorzugt liegt die Dicke der Scheibe zwischen einschließlich 30 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer.
  • Jede der Scheiben weist bevorzugt ein Muster aus den Konversionsschichten des Schichtenstapels auf. Beispielsweise kann das Muster eine spiralförmige Anordnung der ersten Konversionsschicht und der zweiten Konversionsschicht sein.
  • Weiterhin ist es möglich, dass das Muster eine alternierende Abfolge von Linien aus der ersten Konversionsschicht und der zweiten Konversionsschicht ist. Schließlich kann die Scheibe auch eine mäanderförmige Anordnung aus der ersten Konversionsschicht und der zweiten Konversionsschicht aufweisen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird jede der Scheiben in einem zweiten Trennschritt in eine Vielzahl an Konversionselementen zerteilt. Der zweite Trennschritt findet hierbei bevorzugt zeitlich getrennt von dem ersten Trennschritt statt. Bevorzugt findet der zweite Trennschritt nach dem ersten Trennschritt statt.
  • Bevorzugt wird die Scheibe beim zweiten Trennschritt entlang zweier Trennrichtungen getrennt. Bevorzugt stehen die zwei Trennrichtungen hierbei senkrecht aufeinander. Beispielsweise kann das Trennen entlang zweier Trennrichtungen in einem einzigen Trennschritt erfolgen. Ein geeignetes Trennverfahren hierfür ist beispielsweise Stanzen. Besonders bevorzugt umfassen die so erzeugten Konversionselemente die oben beschriebenen Muster der Scheibe zumindest teilweise. Mit anderen Worten sind die konvertierenden Bereiche bevorzugt zumindest teilweise in einem dieser Muster zumindest teilweise innerhalb eines Konversionselements angeordnet. Dies verbessert die Mischung des konvertierten Lichts.
  • Bei dem zweiten Trennprozess kann mit Vorteil eine Vielzahl von Formen der fertigen Konversionselemente erzeugt werden. So können Konversionselemente mit Ausnehmungen erzielt werden. Die Ausnehmungen sind bevorzugt dazu vorgesehen, eine Kontaktstelle eines Halbleiterchips auszusparen, damit diese mit einem Bonddraht elektrisch kontaktiert werden kann.
  • Die erste Konversionsschicht und/oder die zweite Konversionsschicht sowie auch etwaige weitere von dem Schichtenstapel umfassten Konversionsschichten können beispielsweise durch eines der folgenden Verfahren erzeugt werden: Spray Coating, Tape Casting, Spin Coating.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass eine vorgefertigte Konversionsschicht verwendet wird. Eine vorgefertigte Konversionsschicht kann beispielsweise durch Laminieren mit einer weiteren Konversionsschicht verbunden werden. Zum Laminieren kann ein Roller verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die erste Konversionsschicht ein polymeres Matrixmaterial, in das eine Vielzahl erster Leuchtstoffpartikel eingebracht ist. Die ersten Leuchtstoffpartikel wandeln hierbei elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um. Mit anderen Worten verleihen bevorzugt die Leuchtstoffpartikel der Konversionsschicht die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften.
  • Auch die zweite oder jede weitere Konversionsschicht kann ein polymeres Matrixmaterial umfassen, in das eine Vielzahl zweiter oder weiterer Leuchtstoffpartikel eingebracht ist. Die zweiten Leuchtstoffpartikel wandeln elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs um. Jede weitere Konversionsschicht kann eine weitere Vielzahl an Leuchtstoffpartikel umfassen, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines weiteren Wellenlängenbereichs umwandeln.
  • Konversionsschichten, bei denen Leuchtstoffpartikel in ein polymeres Matrixmaterial eingebracht sind, können beispielsweise erzeugt werden, in dem die jeweiligen Leuchtstoffpartikel in das polymere Matrixmaterial in flüssiger Form eingebracht und durch Spray Coating, Tape Casting oder Spin Coating auf einen Hilfsträger in flüssiger Form aufgebracht werden, sodass sich eine flüssige Konversionsschicht ausbildet. In einem nächsten Schritt wird die flüssige Konversionsschicht bevorzugt ganz oder teilweise ausgehärtet.
  • Beispielsweise umfasst oder besteht das polymere Matrixmaterial im flüssigen Zustand aus einer Vielzahl an unvernetzten Monomeren. Zum Aushärten der Konversionsschicht werden die Monomere in der Regel miteinander durch eine Polymerisation vernetzt. Die Polymerisation kann beispielsweise durch Temperatur oder UV-Strahlung initiiert werden. Als „teilweise ausgehärtet“ wird vorliegend der Zustand des polymeren Matrixmaterials bezeichnet, in dem nicht sämtliche Monomere des polymeren Matrixmaterials miteinander durch die Polymerisation vernetzt sind. Vielmehr ist ein nicht zu vernachlässigender Teil der Monomere unvernetzt. Allerdings ist die Polymerisation der Monomere bevorzugt so weit fortgeschritten, dass der flüssige Zustand des Matrixmaterials bereits in einen festen Zustand übergegangen ist. Mit „vollständig ausgehärtet“ wird vorliegend der Zustand bezeichnet, bei dem der überwiegende Teil der Monomere des Matrixmaterials miteinander durch den Polymerisationsvorgang vernetzt sind.
  • Als polymeres Matrixmaterial kann beispielsweise ein Silikon verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform weisen sämtliche Konversionsschichten des Schichtenstapels das gleiche Matrixmaterial auf.
  • Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien für die Leuchtstoffpartikel geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granatoide, beispielsweise Verbindungen des Typs (Y, Lu, Gd) 3 (Al, Ga) 5O12, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, beispielweise Verbindungen des Typs (Mg, Ca, Sr, Ba) 2Si5N8 oder des Typs (Mg, Ca, Sr, Ba) SiN2, mit selten Erden dotierten Alumonitridosilikate, beispielsweise Verbindungen des Typs (Ca,Sr,Ba)AlSiN3 oder des Typs (Sr,Ca)SrAl2Si2N6, mit seltenen Erden dotierte Oxynitride beispielsweise (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, beispielsweise Verbindungen des a- oder β-SiAlON-Typs, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, beispielsweise Verbindungen des Typs (Sr,Ba)(Y,Yb)Si4N7, mit selten Erden dotierte Verbindungen des Typs (Sr,Ca)[LiAl3N4], K2SiF6:Mn4+ und mit selten Erden dotierte Verbindungen des Typs (K,Na)2(Si,Ti)F6, mit selten Erden dotierte Orthosilicate, beispielsweise Verbindungen des Typs (Mg,Ca,Sr,Ba) 2SiO4, mit selten Erden dotierte Oxide, beispielsweise Verbindungen des Typs (Mg, Ca, Sr, Ba) 4Al14O25.
  • Weiterhin sind auch Halbleiter-Nano-Materialien für die Leuchtstoffpartikel geeignet. Bei derartigen Halbleiter-Nano-Materialien handelte es sich beispielsweise um CdS/CdSe Core Shell Strukturen, bevorzugt auch andere nanopartikuläre Halbleitermaterialien zur Wellenlängenkonversion, wie z.B. CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgTe, HgSe, GaP, GaAs, GaSb, AlP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, InN, AlN oder deren Mischkristalle (ternär, quaternär,...) oder eine Kombination von mehreren unterschiedlichen Halbleitermaterialien. Leuchtstoffpartikel, die als Nanopartikel ausgebildet sind, können eine Core-Shell und/oder Alloy-Struktur aufweisen.
  • Hierbei ist es möglich, dass jede Konversionsschicht eine Mischung verschiedener Leuchtstoffpartikeln mit unterschiedlichen wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften aufweist. Bevorzugt wandeln die unterschiedlichen Leuchtstoffpartikel einer Konversionsschicht elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in unterschiedliche Wellenlängenbereiche um, die aus einem ähnlichen Spektralbereich stammen. Besonders bevorzugt sind die fertigen Konversionsschichten jeweils frei von Leuchtstoffpartikeln der anderen Konversionsschichten.
  • Die Leuchtstoffpartikel weisen beispielsweise einen mittleren Durchmesser d50 zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 40 Mikrometer, bevorzugt zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer und besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 25 Mikrometer auf.
  • Leuchtstoffpartikel, die Halbleiter-Nano-Materialien aufweisen oder aus Halbleiter-Nano-Materialien gebildet sind, weisen beispielsweise einen mittleren Durchmesser d50 zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 25 Mikrometer und bevorzugt zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 10 Mikrometer auf.
  • Besonders bevorzugt weisen die Konversionsschichten jeweils eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 500 Mikrometer auf.
  • Neben den Konversionsschichten kann der Schichtenstapel weitere Schichten aufweisen, die zusätzlich oder alternativ zu Leuchtstoffpartikeln ein Füllmaterial oder ein anderes Material aufweisen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Schichtenstapel nach dem Aufbringen der Konversionsschichten und vor dem Trennen aus der Haupterstreckungsebene des Schichtenstapels gerollt oder gefaltet. Auf diese Art und Weise können mit Vorteil die oben beschriebenen unterschiedlichen Muster in den Scheiben und damit in den fertigen Konversionselementen einfach erzeugt werden.
  • Beispielsweise kann der Schichtenstapel zu einem Zylinder gerollt werden. Beim Trennen des zu einem Zylinder gerollten Schichtenstapels können runde Scheiben mit einem spiralförmigen Muster erzeugt werden.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass der Schichtenstapel zu einem Quader mäanderförmig oder zickzackförmig gefaltet wird. Bei Trennen des mäanderförmig gefalteten Quaders können rechteckige Scheiben mit einem mäanderförmigen Muster erzeugt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Schichtenstapel nach dem Rollen oder Falten vollständig ausgehärtet. Dies fixiert die durch das Rollen oder Falten erzeugte Form des Schichtenstapels mit Vorteil.
  • Weist der Schichtenstapel eine Haupterstreckungsebene auf, beispielsweise im Fall eines ungerollten oder ungefalteten Schichtenstapels, so kann der Schichtenstapel entlang von Trennebenen in Schreiben getrennt werden, die senkrecht auf der Haupterstreckungsebene des Schichtenstapels stehen oder einen spitzen Winkel mit einer Normalen der Haupterstreckungsebene aufweisen.
  • Weist der Schichtenstapel eine Haupterstreckungsrichtung auf, beispielsweise im Fall eines gerollten oder gefalteten Schichtenstapels, so kann der Schichtenstapel entlang von Trennebenen in Schreiben getrennt werden, die senkrecht auf der Haupterstreckungsrichtung des Schichtenstapels stehen oder einen spitzen Winkel mit einer Normalen der Haupterstreckungsrichtung aufweisen.
  • Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, ein Konversionselement zu erzeugen. Merkmale, Ausführungsformen und Weiterbildungen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, können auch bei dem Konversionselement ausgebildet sein und umgekehrt.
  • Besonders bevorzugt weist das Konversionselement mindestens zwei unterschiedliche konvertierende Bereiche auf, die verschiedene konvertierende Eigenschaften haben. Besonders bevorzugt sind die zwei konvertierenden Bereiche vollständig getrennt voneinander. Beispielsweise umfasst der erste konvertierende Bereich keine Leuchtstoffpartikel des zweiten konvertierenden Bereichs und umgekehrt. Besonders bevorzugt sind die unterschiedlichen konvertierenden Bereiche lateral nebeneinander und bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Besonders bevorzugt bilden die unterschiedlichen konvertierenden Bereiche ein Muster aus. Besonders bevorzugt grenzen jeweils zwei konvertierende Bereiche eines Konversionselements direkt aneinander an, so dass ihre Materialien in direktem Kontakt miteinander stehen.
  • Das Konversionselement weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 10 Mikrometer und einschließlich 200 Mikrometer und bevorzugt zwischen einschließlich 30 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf.
  • Das hier beschriebene Konversionselement ist insbesondere zur Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement vorgesehen. Merkmale, Ausführungsformen und Weiterbildungen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem Konversionselement beschrieben sind, können auch bei dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet sein und umgekehrt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip sendet elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche aus. Bevorzugt sendet der strahlungsemittierende Halbleiterchip blaues Licht aus.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement, das elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und des dritten Wellenlängenbereichs umwandelt. Beispielsweise ist das Konversionselement in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht.
  • Bevorzugt wandelt das Konversionselement blaue Strahlung des Halbleiterchips in gelbe bis grüne Strahlung und rote Strahlung um. Das optoelektronische Bauelement sendet bevorzugt mischfarbige Strahlung aus, die sich aus unkonvertierter Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, aus konvertierter Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und aus konvertierter Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs zusammensetzt. Bevorzugt setzt sich das mischfarbige Licht aus blauer Strahlung des Halbleiterchips, gelb bis grüner konvertierter Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und roter konvertierter Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs zusammen. Besonders bevorzugt weist das mischfarbige Licht einen Farbort im warmweißen Bereich auf.
  • Der mit Hilfe des Konversionselements erzielte Farbort des mischfarbigen Lichts kann mit Vorteil durch die Wahl der Dicke der Konversionsschichten, durch das Rollen und/oder das Falten des Schichtenstapels und die dadurch erzielten Muster des Konversionselements sowie durch die Dicke des fertigen Konversionselements auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
  • Das hier beschriebene Verfahren bietet insbesondere den Vorteil, mit einfachen Technologien eine Vielzahl an Konversionselementen gleichzeitig erzeugen zu können, die voneinander getrennte lateral angeordnete konvertierende Bereiche aufweisen. Die konvertierenden Bereiche können hierbei zur besseren Lichtmischung in Mustern angeordnet sein. Mit Vorteil kann bei dem vorliegenden Verfahren auf die Verwendung von Trennstrukturen, wie beispielsweise einen Damm, oder einer Maske zur Erzeugung der unterschiedlichen konvertierenden Bereiche verzichtet werden. Die mit dem vorliegenden Verfahren erzeugten Konversionselemente können mit Vorteil zu einer Erhöhung der Effizienz eines optoelektronischen Bauelements und Helligkeit beitragen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenem Ausführungsbeispiel und Beispielen.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 1 bis 5 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen gemäß einem Beispiel näher erläutert.
  • 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Vielzahl an Konversionselementen gemäß einem Beispiel.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 7 bis 19 und 20 werden verschiedene Beispiele des Verfahrens näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 20 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl an Konversionselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • 22 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Beispiel.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Beispiel der 1 bis 5 wird zunächst eine erste Konversionsschicht 1 auf einem Hilfsträger 2 bereitgestellt (1). Beispielsweise kann die erste Konversionsschicht 1 auf dem Hilfsträger 2 durch Spray Coating, Tape Casting oder Spin Coating erzeugt werden. Die erste Konversionsschicht 1 wird ganz oder teilweise ausgehärtet. Weiterhin ist es auch möglich, eine vorgefertigte erste Konversionsschicht 1 zu verwenden. Die erste Konversionsschicht 1 ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung aus dem blauen Spektralbereich in gelbgrünes Licht umzuwandeln. Hierzu umfasst die erste Konversionsschicht 1 beispielsweise Leuchtstoffpartikel aus einem Granatleuchtstoff, die in ein polymeres Matrixmaterial eingebracht sind.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite Konversionsschicht 3 auf die erste Konversionsschicht 1 aufgebracht, beispielsweise ebenfalls durch Spray Coating, Tape Casting oder Spin Coating (2). Die zweite Konversionsschicht 3 wird ganz oder teilweise ausgehärtet. Weiterhin kann auch bei diesem Verfahrensschritt eine vorgefertigte zweite Konversionsschicht 3 verwendet werden. Diese kann auf die erste Konversionsschicht 1 auflaminiert werden. Die zweite Konversionsschicht 3 ist dazu geeignet, blaues Licht in rotes Licht umzuwandeln. Hierzu umfasst die zweite Konversionsschicht 3 beispielsweise Leuchtstoffpartikel aus einem Nitridleuchtstoff, die in ein polymeres Matrixmaterial eingebracht sind.
  • Wie in der 3 schematisch dargestellt, können weitere erste Konversionsschichten 1 und zweite Konversionsschichten 3 auf die zweite Konversionsschicht 3 alternierend aufgebracht werden. So entsteht ein Schichtenstapel 4, der erste Konversionsschichten 1 und zweite Konversionsschichten 3, die in direkten Kontakt alternierend aufeinander aufgebracht sind, aufweist. Auch der Schichtenstapel 4 kann nach dem Aufbringen sämtlicher Konversionsschichten 1, 3 ganz oder teilweise ausgehärtet werden.
  • In einem ersten Trennschritt wird der Schichtenstapel 4 dann in einzelne Scheiben 5 zerteilt, beispielsweise durch Sägen (4). Jede Scheibe 5 weist hierbei alternierend angeordnete dünne Schichten des Materials der ersten Konversionsschicht 1 und der zweiten Konversionsschicht 3 auf.
  • In einem zweiten Trennschritt wird jede Scheibe 5 entlang von aufeinander senkrecht stehenden Trennlinien 6 in eine Vielzahl an Konversionselementen 7 zerteilt (5).
  • Die Konversionselemente 7 gemäß dem Beispiel der 6 können beispielsweise mit einem Verfahren erzeugt werden, wie es anhand der 1 bis 5 beschrieben ist.
  • Gemäß dem Beispiel der 6 weist jedes Konversionselement 7 einen ersten konvertierenden Bereich 8 und einen zweiten konvertierenden Bereich 9 auf. Der erste konvertierende Bereich 8 ist hierbei aus Material der ersten Konversionsschicht 1 gebildet. Der zweite konvertierende Bereich 9 ist hierbei aus Material der zweiten Konversionsschicht 3 gebildet. Der erste konvertierende Bereich 8 und der zweite konvertierende Bereich 9 sind jeweils in direktem Kontakt lateral nebeneinander angeordnet.
  • 7 bis 8 zeigen alternative Ausführungen von Trennlinien 6 beim zweiten Trennschritt zur Trennung einer Scheibe 5, wie sie anhand der 5 bereits beschrieben wurde. Die Trennlinien 6 stehen hierbei senkrecht aufeinander, wobei die Trennlinien 6 gemäß den 5 und 7 parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Konversionsschichten 1, 3 sowie senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Konversionsschichten 1, 3 verlaufen. Im Unterschied zu den Trennlinien 6 gemäß der 5 weisen die Trennlinien 6 bei dem Beispiel gemäß der 7 größere Abstände zueinander auf. Im Unterschied zu den Trennlinien 6 gemäß der 7 sind die Trennlinien 6 bei dem Beispiel gemäß der 8 um 90° gedreht.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Beispiel der 9 bis 15 werden zunächst die Verfahrensschritte durchgeführt, wie sie bereits anhand der 1 und 2 beschrieben wurden (9 und 10).
  • In einem nächsten Schritt, der schematisch in 11 dargestellt ist, wird der Schichtenstapel 4, der vorliegend aus einer ersten Konversionsschicht 1 und einer zweiten Konversionsschicht 3 gebildet ist, zu einem Zylinder aufgerollt. Nach dem Rollen erfolgt besonders bevorzugt ein Aushärten des Schichtenstapels 4, um die Form des Zylinders zu fixieren (12 und 13).
  • In einem nächsten Schritt wird der Zylinder mittels Schneiden in dünne Scheiben 5 vereinzelt, die schematisch in 14 dargestellt sind.
  • Die 15 und 16 zeigen schematisch aufeinander senkrecht stehende Trennlinien 6, entlang derer eine Scheibe 5 eines gerollten Schichtenstapels 4 durch Stanzen in eine Vielzahl an Konversionselementen 7 vereinzelt werden kann. Hierbei ist es durch die Wahl der Abstände der Trennlinien 6 voneinander möglich, unterschiedliche Muster innerhalb der Konversionselemente 7 zu erzeugen.
  • Gemäß dem Beispiel der 17 wird ein Schichtenstapel 4 aus einer ersten Konversionsschicht 1 und einer zweiten Konversionsschicht 3 durch Falten zu einem mäanderförmigen Quader formt, der durch Schneiden in Scheiben 5 vereinzelt wird.
  • Wie in den 18 und 19 gezeigt, können die Scheiben 5 entlang aufeinander senkrecht stehender Trennlinien 6 in eine Vielzahl an Konversionselementen 7 vereinzelt werden. Hierbei sind die Trennlinien 6 gemäß dem Beispiel der 19 gegenüber den Trennlinien 6 gemäß dem Beispiel der 18 um 90° gedreht.
  • 20 zeigt schematisch einen Quader, wie er durch zickzack-förmiges Falten eines Schichtenstapels 4 aus einer ersten Konversionsschicht 1 und einer zweiten Konversionsschicht 3 (siehe auch 2) erzeugt werden kann.
  • Der zu einem Zylinder gerollte Schichtenstapel 4 gemäß dem Beispiel der 21 weist im Unterschied zu dem zu einem Zylinder gerollten Schichtenstapel 4 gemäß der 12 eine dritte Konversionsschicht 10 auf. Die dritte Konversionsschicht 10 ist auf die zweite Konversionsschicht 3 aufgebracht und dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vierten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
  • Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Beispiel der 22 weist einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 11 auf, der blaues Licht von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Auf die Strahlungsaustrittsfläche ist ein Konversionselement 7 aufgebracht, wie es beispielsweise bereits anhand der 6 beschrieben wurde.
  • Das Konversionselement 7 weist einen ersten konvertierenden Bereich 8 auf, der blaue Strahlung des Halbleiterchips 11 in grüne Strahlung umwandelt. Lateral neben dem ersten konvertierenden Bereich 8 ist ein zweiter konvertierender Bereich 9 angeordnet, der blaue Strahlung des Halbleiterchips 11 in rote Strahlung umwandelt. Die konvertierenden Bereiche 8, 9 grenzen hierbei direkt aneinander an.
  • Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Beispiel der 22 sendet mischfarbiges Licht aus, das sich aus unkonvertiertem blauem Licht, aus konvertiertem rotem Licht und aus konvertiertem grünem Licht zusammensetzt und einen Farbort im warmweißen Bereich aufweist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Konversionsschicht
    2
    Hilfsträger
    3
    zweite Konversionsschicht
    4
    Schichtenstapel
    5
    Scheibe
    6
    Trennlinie
    7
    Konversionselement
    8
    erster konvertierender Bereich
    9
    zweiter konvertierender Bereich
    10
    dritte Konversionsschicht
    11
    Halbleiterchip

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen (7) mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen einer ersten Konversionsschicht (1), die elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, auf einem Hilfsträger (2), - Aufbringen einer zweiten Konversionsschicht (3), die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umwandelt, auf der ersten Konversionsschicht (1), und - Trennen des entstandenen Schichtenstapels (4) derart, dass eine Vielzahl an Konversionselementen (7) entsteht, wobei - jedes Konversionselement (7) zumindest einen ersten konvertierenden Bereich (8) umfasst, der Material der ersten Konversionsschicht (1) aufweist, - jedes Konversionselement (7) zumindest einen zweiten konvertierenden Bereich (9) umfasst, der Material der zweiten Konversionsschicht (3) aufweist, und - die konvertierenden Bereiche (8, 9) lateral nebeneinander angeordnet sind, wobei der Schichtenstapel (4) nach dem Aufbringen der Konversionsschichten (1, 3) und vor dem Trennen aus der Haupterstreckungsebene des Schichtenstapels (4) zu einem Quader zickzack-förmig gefaltet wird.
  2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem auf die zweite Konversionsschicht (3) mindestens eine weitere erste Konversionsschicht (1) und mindestens eine weitere zweite Konversionsschicht (3) alternierend aufgebracht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem - auf die zweite Konversionsschicht (3) eine dritte Konversionsschicht (10) aufgebracht wird, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vierten Wellenlängenbereichs umwandelt, und - jedes Konversionselement (7) zumindest einen dritten konvertierenden Bereich aufweist, der Material der dritten Konversionsschicht (10) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Trennen des Schichtenstapels (4) zwei Trennschritte umfasst, wobei der Schichtenstapel (4) beim ersten Trennschritt in eine Vielzahl an Scheiben (5) zerteilt wird und die Scheiben (5) beim zweiten Trennschritt in die Vielzahl an Konversionselementen (7).
  5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste Konversionsschicht (1) und/oder die zweite Konversionsschicht (3) durch eines der folgenden Verfahren erzeugt wird: Spray Coating, Tape Casting, Spin Coating.
  6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - die erste Konversionsschicht (1) ein polymeres Matrixmaterial umfasst, in das eine Vielzahl erster Leuchtstoffpartikel eingebracht sind, wobei die ersten Leuchtstoffpartikel elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandeln, und/oder - die zweite Konversionsschicht (3) ein polymeres Matrixmaterial umfasst, in das eine Vielzahl zweiter Leuchtstoffpartikel eingebracht sind, wobei die zweiten Leuchtstoffpartikel elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs umwandeln.
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