DE102018113607A1 - Optoelectronic semiconductor device - Google Patents
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Abstract
In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) mindestens einen Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer Strahlung, eine niedrigbrechende Schicht (6) sowie einen Optikaufsatz (4), der einer Hauptseite (20) des Halbleiterchips (2) optisch nachgeordnet ist. Ein Reflektor (5) umgibt den Optikaufsatz (4) seitlich ringsum und ist zur Reflexion der Strahlung und von sichtbarem Licht eingerichtet. Der Optikaufsatz (4) weist eine dem Halbleiterchip (2) zugewandte Grundfläche (A) und eine dem Halbleiterchip (2) abgewandte Austrittsfläche (B) auf. In Richtung weg von dem Halbleiterchip (2) verjüngt sich der Optikaufsatz (4). Die niedrigbrechende Schicht (6) liegt zwischen der Hauptseite (20) und der Austrittsfläche (B).In one embodiment, the optoelectronic semiconductor component (1) comprises at least one semiconductor chip (2) for generating radiation, a low-refractive layer (6) and an optical attachment (4), which is optically arranged downstream of a main side (20) of the semiconductor chip (2). A reflector (5) surrounds the optical attachment (4) laterally all around and is set up to reflect the radiation and visible light. The optical attachment (4) has a base surface (A) facing the semiconductor chip (2) and an exit surface (B) facing away from the semiconductor chip (2). In the direction away from the semiconductor chip (2), the optical attachment (4) tapers. The low refractive layer (6) lies between the main side (20) and the exit surface (B).
Description
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.An optoelectronic semiconductor component is specified.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine hohe Leuchtdichte aufweist.An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which has a high luminance.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.This object is achieved inter alia by an optoelectronic semiconductor component having the features of
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Halbleiterchips. Der mindestens eine Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer Strahlung, insbesondere einer Primärstrahlung, eingerichtet. Bei der Strahlung handelt es sich bevorzugt um sichtbares Licht, speziell um blaues Licht. Alternativ kann die Strahlung auch ultraviolette Strahlung sein, beispielsweise mit einer Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens 360 nm oder 385 nm und/oder von höchstens 420 nm oder 405 nm. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um einen Leuchtdiodenchip, kurz LED-Chip. Weiterhin ist es möglich, dass der zumindest eine Halbleiterchip zur Erzeugung von infraroter Strahlung eingerichtet ist, insbesondere von nahinfraroter Strahlung etwa mit einem Intensitätsmaximum bei mindestens 680 nm und/oder bei höchstens 1060 nm.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component comprises one or more semiconductor chips. The at least one semiconductor chip is set up to generate a radiation, in particular a primary radiation. The radiation is preferably visible light, especially blue light. Alternatively, the radiation can also be ultraviolet radiation, for example with a maximum intensity wavelength of at least 360 nm or 385 nm and / or at most 420 nm or 405 nm. The semiconductor chip is preferably a light-emitting diode chip, or LED chip for short. Furthermore, it is possible for the at least one semiconductor chip to be set up for generating infrared radiation, in particular for near-infrared radiation, for example with an intensity maximum at at least 680 nm and / or at most 1060 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip oder jeder der Halbleiterchips je eine Hauptseite auf. Die Hauptseite ist bevorzugt eine Strahlungsaustrittsfläche, insbesondere die einzige Strahlungsaustrittsfläche des betreffenden Halbleiterchips. Sind mehrere Halbleiterchips und damit mehrere Strahlungsaustrittsflächen vorhanden, so können die Strahlungsaustrittsflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen.According to at least one embodiment, the semiconductor chip or each of the semiconductor chips each have a main side. The main side is preferably a radiation exit surface, in particular the single radiation exit surface of the relevant semiconductor chip. If a plurality of semiconductor chips and thus a plurality of radiation exit surfaces are present, then the radiation exit surfaces can lie in a common plane.
Zur Erzeugung der Strahlung umfasst der Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge verfügt über eine aktive Zone, welche bevorzugt einen pn-Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur aufweisen kann. Die Halbleiterschichtenfolge basiert etwa auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn1-n-mGamAs oder wie AlnGamIn1-n-mAskP1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.To generate the radiation, the semiconductor chip comprises a semiconductor layer sequence. The semiconductor layer sequence has an active zone, which may preferably have a pn junction and / or a quantum well structure. The semiconductor layer sequence is based, for example, on a III-V compound semiconductor material. The semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In 1 nm Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In 1 nm Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al n In 1 nm Ga m As or as Al n Ga m In 1 nm As k P 1-k , where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≦ 1 and 0 ≦ k <1. For at least one layer or for all layers of the semiconductor layer sequence, 0 <n ≦ 0.8, 0.4 ≦ m <1 and n + m ≦ 0.95 and 0 <k ≦ 0.5 preferably apply here. In this case, the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, only the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor layer sequence, that is to say Al, As, Ga, In, N or P, are indicated, even if these may be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Halbleiterbauteil einen Optikaufsatz oder mehrere Optikaufsätze. Der mindestens eine für die Strahlung und/oder für sichtbares Licht durchlässige, bevorzugt klarsichtige, Optikaufsatz ist der mindestens einen Hauptseite des zumindest einen Halbleiterchips optisch nachgeordnet. Der Optikaufsatz kann einstückig oder mehrstückig aufgebaut sein. Bei einem mehrstückigen Optikaufsatz können die einzelnen Teilstücke unmittelbar aneinander angebracht sein oder auch getrennt voneinander in dem Halbleiterbauteil vorliegen.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component includes an optical attachment or a plurality of optical attachments. The at least one light-transmissive, preferably transparent, optical attachment which is transparent to the radiation and / or visible light is optically arranged downstream of the at least one main side of the at least one semiconductor chip. The optical attachment can be constructed in one piece or in several pieces. In the case of a multi-piece optical attachment, the individual parts may be attached directly to one another or may be present separately from one another in the semiconductor component.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz einstückig und monolithisch geformt. Insbesondere ist der Optikaufsatz frei von internen Hohlräumen. Der Optikaufsatz ist dann beispielsweise aus einem einzigen Stück und/oder aus einem einzigen Material gebildet.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment is integrally molded and monolithic. In particular, the optical attachment is free of internal cavities. The optical attachment is then formed, for example, of a single piece and / or of a single material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz aus einem hochbrechenden Material, etwa aus einem Kunststoff wie Polycarbonat, Silikon oder Epoxid oder einem Hybridmaterial hieraus. Weiterhin kann der Optikaufsatz aus einem Glas oder einem Mineral sein. Insbesondere ist der Optikaufsatz aus einem Material, zum Beispiel Saphir, mit einem Brechungsindex von mindestens 1,55 oder 1,7 oder 1,8 oder 2,0, bezogen auf die Wellenlänge maximaler Intensität der Strahlung des Halbleiterchips und auf eine Temperatur von 300 K. Ist der Optikaufsatz mehrteilig gestaltet, so können die einzelnen Teile aus Materialien mit verschiedenen Brechungsindices sein, weniger bevorzugt können auch alle Teile aus dem gleichen Material sein.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment is made of a high refractive index material, such as a plastic such as polycarbonate, silicone or epoxy or a hybrid material thereof. Furthermore, the optical attachment can be made of a glass or a mineral. In particular, the optics cap is made of a material, for example sapphire, with a refractive index of at least 1.55 or 1.7 or 1.8 or 2.0, based on the wavelength of maximum intensity of the radiation of the semiconductor chip and at a temperature of 300 K. If the optical attachment is designed in several parts, the individual parts can be made of materials with different refractive indices, and less preferably all parts can be made of the same material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt ein Brechungsindex der Teile des Optikaufsatzes in Richtung weg vom Halbleiterchip ab. Das heißt, weiter vom Halbleiterchip entfernt befindliche Teile weisen einen niedrigeren Brechungsindex auf. Innerhalb der einzelnen Teile kann der Brechungsindex konstant sein. Die bevorzugt jeweils zugehörigen niedrigbrechenden Schichten können dementsprechend angepasst sein, sodass ein Brechungsindex der niedrigbrechenden Schichten in Richtung weg von dem Halbleiterchip ebenfalls abnehmen kann, alternativ aber auch gleichbleiben kann.In accordance with at least one embodiment, a refractive index of the parts of the optical attachment decreases in the direction away from the semiconductor chip. That is, parts further from the semiconductor chip have a lower refractive index. Within the individual parts, the refractive index can be constant. The respectively associated low-refractive-index layers can accordingly be adapted, so that a refractive index of the low-refractive-index layers in the direction away from the semiconductor chip can also decrease, but alternatively can also remain the same.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Optikaufsatz um kein abbildendes Element. Das heißt, der Optikaufsatz verfügt über keinen Brennpunkt und über keine Brennebene. Insbesondere ist der Optikaufsatz nicht als Sammellinse gestaltet.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment is not an imaging element. That is, the optics attachment has no focal point and no focal plane. In particular, the optical attachment is not designed as a converging lens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine oder mehrere niedrigbrechende Schichten. Ein Brechungsindex der wenigstens einen niedrigbrechenden Schicht für die Strahlung liegt bevorzugt bei höchstens 1,5 oder 1,4 oder 1,3 oder 1,1. Zum Beispiel ist die niedrigbrechende Schicht aus einem Kunststoff wie einem Acrylat, speziell einem fluorierten Acrylat, einem niedrigbrechenden Glas oder einem Mineral wie Fluoriden, insbesondere Magnesiumfluorid. Bevorzugt handelt es sich bei der niedrigbrechenden Schicht um eine Gasschicht, etwa aus Luft oder aus einem inerten Gas wie Stickstoff oder Argon. Weniger bevorzugt ist die niedrigbrechende Schicht aus einer niedrigbrechenden Flüssigkeit. Sind mehrere niedrigbrechende Schichten vorhanden, so können diese aus Materialien mit verschiedenen Brechungsindices sein oder auch jeweils aus dem gleichen Material.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor device comprises one or more low-refraction layers. A refractive index of the at least one low-index layer for the radiation is preferably at most 1.5 or 1.4 or 1.3 or 1.1. For example, the low refractive index layer is of a plastic such as an acrylate, especially a fluorinated acrylate, a low refractive index glass or a mineral such as fluorides, especially magnesium fluoride. The low-refractive-index layer is preferably a gas layer, for example of air or of an inert gas such as nitrogen or argon. Less preferred is the low refractive index layer of a low refractive liquid. If several low-index layers are present, they can be made of materials with different refractive indices or else each of the same material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Reflektoren. Der mindestens eine Reflektor ist seitlich an dem Optikaufsatz und an der niedrigbrechenden Schicht angebracht. Bevorzugt umgibt der Reflektor den Optikaufsatz und die niedrigbrechende Schicht ringsum formschlüssig. Es ist möglich, dass Seitenflächen des Optikaufsatzes und/oder der niedrigbrechenden Schicht teilweise oder vollständig von dem Reflektor bedeckt sind. Der Reflektor kann sich direkt an den Seitenflächen befinden.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component comprises one or more reflectors. The at least one reflector is attached laterally to the optical attachment and to the low refractive layer. The reflector preferably surrounds the optical attachment and the low-refractive layer all around in a form-fitting manner. It is possible that side surfaces of the optical attachment and / or the low-refraction layer are partially or completely covered by the reflector. The reflector can be located directly on the side surfaces.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor zur Reflexion der im Halbleiterchip erzeugten Strahlung und/oder von sichtbarem Licht eingerichtet. Dies bedeutet beispielsweise, dass der Reflektor im Spektralbereich von 380 nm bis 700 nm eine mittlere Reflektivität oder durchgehend eine Reflektivität von mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der Reflektor dazu eingerichtet sein, eine durch einen optionalen Konverter erzeugte Sekundärstrahlung zu reflektieren.In accordance with at least one embodiment, the reflector is designed for reflection of the radiation generated in the semiconductor chip and / or of visible light. This means, for example, that the reflector in the spectral range from 380 nm to 700 nm has an average reflectivity or continuously a reflectivity of at least 80% or 90% or 95%. Alternatively or additionally, the reflector may be configured to reflect a secondary radiation generated by an optional converter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Optikaufsatz eine dem mindestens einen Halbleiterchip zugewandte Grundfläche auf. Die Grundfläche kann plan gestaltet sein. Insbesondere ist die Grundfläche parallel zur Hauptseite des zumindest einen Halbleiterchips ausgerichtet.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment has a base surface facing the at least one semiconductor chip. The base can be designed plan. In particular, the base area is aligned parallel to the main side of the at least one semiconductor chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Optikaufsatz eine dem mindestens einen Halbleiterchip abgewandte Austrittsfläche auf. Die Austrittsfläche liegt der Grundfläche gegenüber. Es ist möglich, dass die Grundfläche und die Austrittsfläche im Mittel plan geformt sind, also keine sich insgesamt über die Grundfläche oder die Austrittsfläche hinweg erstreckende Krümmung aufweisen, wie dies beispielsweise bei Sammellinsen oder auch bei Fresnel-Linsen der Fall ist. Insbesondere können die Grundfläche und die Austrittsfläche parallel oder im Mittel parallel zueinander orientiert sein. ‚Im Mittel plan‘ schließt nicht aus, dass insbesondere die Austrittsfläche mit einer Aufrauung zur besseren Strahlungsauskopplung versehen sein kann.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment has an exit surface facing away from the at least one semiconductor chip. The exit surface lies opposite the base surface. It is possible for the base area and the exit area to be flat in the middle, that is to say they do not have a curvature extending overall over the base area or the exit area, as is the case, for example, with converging lenses or with Fresnel lenses. In particular, the base surface and the exit surface can be oriented parallel or on average parallel to one another. "Middle plan" does not exclude that in particular the exit surface can be provided with a roughening for better radiation decoupling.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verjüngt sich der Optikaufsatz in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip, bevorzugt monoton oder streng monoton. ‚Streng monoton‘ bedeutet, dass sich der Optikaufsatz in Richtung weg vom Halbleiterchip kontinuierlich und stetig verjüngt. ‚Monoton‘ bedeutet, dass sich der Optikaufsatz in Richtung weg von dem Halbleiterchip auch stufenförmig verjüngen kann, sodass der Optikaufsatz abschnittsweise eine gleichbleibende Breite aufweisen kann. Jedoch verbreitert sich der Optikaufsatz bevorzugt an keiner Stelle in Richtung weg von dem Halbleiterchip, von Aufrauungen, Beschädigungen oder Herstellungstoleranzen abgesehen. Dass sich der Optikaufsatz verjüngt, bezieht sich auf zumindest einen oder auf mehrere Querschnitte, bevorzugt auf alle Querschnitte durch den Optikaufsatz hindurch, speziell in Richtung senkrecht zur Abstrahlfläche und/oder zur Grundfläche.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment tapers in the direction away from the at least one semiconductor chip, preferably monotonically or strictly monotonically. 'Strictly monotone' means that the optical attachment tapers continuously and steadily away from the semiconductor chip. 'Monotone' means that the optical attachment in the direction away from the semiconductor chip can also taper in steps, so that the optical attachment sections can have a constant width. However, the optics attachment preferably does not widen at any point in the direction away from the semiconductor chip, apart from roughening, damage, or manufacturing tolerances. The fact that the optical attachment tapers refers to at least one or more cross sections, preferably to all cross sections through the optical attachment, especially in the direction perpendicular to the emission surface and / or to the base.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die mindestens eine niedrigbrechende Schicht zwischen der Hauptseite und der Austrittsfläche. Bevorzugt liegt die niedrigbrechende Schicht oder eine der niedrigbrechenden Schichten direkt an der Hauptseite und/oder direkt an einem auf die Hauptseite angebrachten Leuchtstoffkörper.In accordance with at least one embodiment, the at least one low-refraction layer is located between the main side and the exit surface. The low-refractive-index layer or one of the low-refractive-index layers is preferably located directly on the main side and / or directly on a phosphor body attached to the main side.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil mindestens einen Halbleiterchip zur Erzeugung einer Strahlung, mindestens eine niedrigbrechende Schicht sowie einen Optikaufsatz, der einer Hauptseite des Halbleiterchips optisch nachgeordnet ist. Ein Reflektor umgibt den Optikaufsatz seitlich ringsum und ist zur Reflexion der Strahlung und von sichtbarem Licht eingerichtet. Der Optikaufsatz weist eine dem Halbleiterchip zugewandte Grundfläche und eine dem Halbleiterchip abgewandte Austrittsfläche auf. In Richtung weg von dem Halbleiterchip verjüngt sich der Optikaufsatz. Die niedrigbrechende Schicht liegt zwischen der Hauptseite und der Austrittsfläche.In at least one embodiment, the optoelectronic semiconductor component comprises at least one semiconductor chip for generating radiation, at least one low-refraction layer and an optical attachment, which is optically arranged downstream of a main side of the semiconductor chip. A reflector surrounds the optical attachment laterally all around and is adapted to reflect the radiation and visible light. The optical attachment has a base area facing the semiconductor chip and an exit area facing away from the semiconductor chip. In the direction away from the semiconductor chip, the optical attachment tapers. The low refractive layer lies between the main side and the exit surface.
Die Stromdichte in LED-Chips kann nicht beliebig erhöht werden, sodass eine Leuchtdichte von LED-Chips und damit auch von Halbleiterbauteilen, die auf LED-Chips basieren, beschränkt ist. Der emittierten Leuchtdichte kommt für viele Anwendungen jedoch eine wichtige Rolle zu, in denen das erzeugte Licht in einem optischen System weiterverarbeitet wird. Nur falls eine Etendue einer Bauform kleiner oder gleich der Etendue des optischen Systems ist, wird das emittierte Licht in der Anwendung nutzbar. Da eine Fläche des Emitters, insbesondere des LED-Chips, linear in die Etendue eingeht, ist der nutzbare Lichtstrom oft durch die Leuchtdichte der Bauform und die Etendue des optischen Systems beschränkt.The current density in LED chips can not be arbitrarily increased, so that a luminance of LED chips and thus also of semiconductor components based on LED chips is limited. However, the emitted luminance plays an important role in many applications in which the light generated is in an optical system is further processed. Only if an etendue of a design is less than or equal to the etendue of the optical system, the emitted light becomes usable in the application. Since a surface of the emitter, in particular of the LED chip, enters the etendue linearly, the usable luminous flux is often limited by the luminance of the design and the etendue of the optical system.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich einerseits die Leuchtdichte der Bauform über die der einzelnen LED-Chips steigern, und andererseits lässt sich die Etendue auf die Zielanwendung optimieren, sodass mehr Licht für die Anwendung nutzbar zur Verfügung steht.In the semiconductor device described here, on the one hand, the luminance of the design can be increased over that of the individual LED chips, and, on the other hand, the etendue can be optimized for the target application so that more light is available for the application.
Dabei soll Strahlung vom Halbleiterchip außerhalb einer vorgegebenen Etendue eine weitere Chance erhalten, das Halbleiterbauteil innerhalb der Ziel-Etendue zu verlassen. In this case, radiation from the semiconductor chip outside a given etendue is to receive another opportunity to leave the semiconductor component within the target etendue.
Dies ist auch unter dem Stichwort light-recycling bekannt. Dafür wird üblicherweise der Halbleiterchip selbst als Reflektor verwendet. Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil dagegen wird zusätzlich mindestens eine im Lichtpfad liegende Ebene als Reflektor verwendet, also die mindestens eine niedrigbrechende Schicht eingesetzt. Damit kann auf diese Ebene von einer entgegen der üblichen Emissionsrichtung her einfallendes Licht durch interne Totalreflexion innerhalb eines gewissen Winkelbereichs nahezu verlustfrei reflektiert werden.This is also known under the keyword light-recycling. For this purpose, usually the semiconductor chip itself is used as a reflector. In contrast, in the case of the semiconductor component described here, at least one plane lying in the light path is used as the reflector, that is, the at least one low-refractive layer is used. As a result, incident light can be reflected to this level almost completely lossless by internal total reflection within a certain angular range, contrary to the usual emission direction.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist insbesondere, dass das Konzept nicht durch die Reflektivität des Halbleiterchips selbst begrenzt wird. So liegt die Reflektivität beispielsweise für rot emittierende LEDs um die Emissionswellenlänge im Bereich von lediglich 30 %. Hierbei soll jedoch ein Brechungsindexsprung an der niedrigbrechenden Schicht auch nicht zu groß sein, um eine Lichteinkopplung in den Optikaufsatz nicht zu stark zu reduzieren.The advantage of this procedure is in particular that the concept is not limited by the reflectivity of the semiconductor chip itself. For example, the reflectivity for red emitting LEDs is around the emission wavelength in the range of only 30%. In this case, however, a refractive index jump on the low-refractive-index layer should also not be too large in order not to excessively reduce light coupling into the optical attachment.
Anstelle von Halbleiterchips oder LED-Chips können auch jeweils andere flächige Emitter mit einem entsprechenden Optikaufsatz, einer niedrigbrechenden Schicht und einem Reflektor versehen werden, beispielsweise organische Leuchtdioden oder flächige Anordnungen von anderen Lichtquellen wie Leuchtstoffröhren.Instead of semiconductor chips or LED chips, other planar emitters can also be provided with a corresponding optical attachment, a low-refraction layer and a reflector, for example organic light-emitting diodes or planar arrangements of other light sources such as fluorescent tubes.
Die Austrittsfläche des Optikaufsatzes kann durch eine Beschichtung oder durch eine Strukturierung hinsichtlich Transmission und Emissionscharakteristik angepasst werden. Der Optikaufsatz und/oder der Reflektor können lichtstreuende Eigenschaften aufweisen, die den Lichtfluss durch die Austrittsfläche optimieren.The exit surface of the optical attachment can be adapted by a coating or by structuring in terms of transmission and emission characteristics. The optical attachment and / or the reflector can have light-scattering properties that optimize the light flux through the exit surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich zwischen dem Optikaufsatz und dem Halbleiterchip ein oder mehrere Leuchtstoffkörper. Der mindestens eine Leuchtstoffkörper ist zur teilweisen oder vollständigen Umwandlung der Strahlung des zumindest einen Halbleiterchips in eine längerwellige Sekundärstrahlung eingerichtet. Sind mehrere Halbleiterchips vorhanden, so kann jedem Halbleiterchip ein separater Leuchtstoffkörper zugeordnet sein, oder es kann sich ein einziger Leuchtstoffkörper über alle Halbleiterchips gemeinsam erstrecken. Ebenso können mehrere Leuchtstoffkörper einem der Halbleiterchips zugeordnet sein. Ferner können unterschiedliche Leuchtstoffkörper vorhanden sein, die verschiedenen Halbleiterchips zugeordnet sind.According to at least one embodiment, one or more phosphor bodies are located between the optical attachment and the semiconductor chip. The at least one phosphor body is set up for the partial or complete conversion of the radiation of the at least one semiconductor chip into a longer-wavelength secondary radiation. If a plurality of semiconductor chips are present, then each semiconductor chip can be assigned a separate phosphor body, or a single phosphor body can extend over all the semiconductor chips together. Likewise, a plurality of phosphor bodies can be assigned to one of the semiconductor chips. Furthermore, different phosphor bodies may be present, which are assigned to different semiconductor chips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die Grundfläche den oder die Leuchtstoffkörper vollständig. Das heißt, der mindestens eine Leuchtstoffkörper ist ganzflächig von dem Optikaufsatz bedeckt.In accordance with at least one embodiment, the base area completely covers the phosphor body or bodies. That is, the at least one phosphor body is covered over the entire surface of the optical attachment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die niedrigbrechende Schicht eine Dicke von mindesten 5 L oder 10 L auf, wobei L die Vakuumwellenlänge maximaler Intensität der von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten Strahlung ist. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke bei mindestens 5 µm oder 10 µm und/oder bei höchstens 0,3 mm oder 0,1 mm oder 50 µm oder 20 µm. Sind mehrere niedrigbrechende Schichten vorhanden, so gilt dies bevorzugt für jede einzelne niedrigbrechende Schicht.In accordance with at least one embodiment, the low-refractive-index layer has a thickness of at least 5 L or 10 L, where L is the maximum-intensity vacuum wavelength of the radiation emitted by the semiconductor chip during operation. Alternatively or additionally, the thickness is at least 5 μm or 10 μm and / or at most 0.3 mm or 0.1 mm or 50 μm or 20 μm. If several low-index layers are present, this is preferably true for each individual low-index layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der Leuchtstoffkörper direkt an der Hauptseite des betreffenden Halbleiterchips oder direkt an der Grundfläche des Optikaufsatzes. ‚Direkt‘ schließt nicht aus, dass ein Verbindungsmittel wie eine Kleberschicht vorhanden ist, mit der die jeweiligen Komponenten aneinander befestigt sind.In accordance with at least one embodiment, the phosphor body is located directly on the main side of the relevant semiconductor chip or directly on the base surface of the optical attachment. 'Direct' does not exclude the presence of a bonding agent, such as an adhesive layer, which secures the respective components together.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip an der Hauptseite eine Strukturierung auf. Aufgrund der Strukturierung ist eine Auskoppeleffizienz der Strahlung aus dem Halbleiterchip heraus erhöht, und/oder es erfolgt eine gerichtetere Abstrahlung hin zum Optikaufsatz, im Vergleich zu einem Halbleiterchip ohne eine solche Strukturierung. Die Strukturierung kann durch eine unregelmäßige Aufrauung oder durch eine regelmäßige Oberflächentextur gebildet sein.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor chip has a structuring on the main side. Due to the structuring, a coupling-out efficiency of the radiation out of the semiconductor chip is increased, and / or a directional radiation towards the optical attachment takes place, in comparison to a semiconductor chip without such structuring. The structuring may be formed by an irregular roughening or by a regular surface texture.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Optikaufsatz und der niedrigbrechenden Schicht bei mindestens 0,15 oder 0,25 oder 0,3. Alternativ oder zusätzlich liegt der Brechungsindexunterschied bei höchstens 1,0 oder 0,5 oder 0,47. Bevorzugt liegt der Brechungsindexunterschied zwischen einschließlich 0,3 und 0,5, um einen hohen Totalreflexionsanteil an der niedrigbrechenden Schicht für Strahlung vom Reflektor her kommend und eine hohe Einkopplung von Strahlung in den Optikaufsatz hinein vom Halbleiterchip her zu erhalten.In accordance with at least one embodiment, a refractive index difference between the optics cap and the low refractive index layer is at least 0.15 or 0.25 or 0.3. Alternatively or additionally, the refractive index difference is at most 1.0 or 0.5 or 0.47. Preferably, the refractive index difference is between 0.3 and 0.5 inclusive, a high total reflectance contribution to the low refractive index layer for radiation from the reflector, and high coupling of Radiation in the optical attachment into the semiconductor chip ago to get.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz mehrteilig gestaltet und weist somit mehrere Teile auf. Die Teile des Optikaufsatzes folgen in Richtung weg von der Hauptseite des Halbeiterchips aufeinander. Zwischen benachbarten Teilen ist je eine niedrigbrechende Schicht angeordnet. Ferner befindet sich bevorzugt eine niedrigbrechende Schicht an der Grundfläche, also an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite des Teils des Optikaufsatzes, der dem Halbleiterchip am nächsten liegt. Eine Anzahl der niedrigbrechenden Schichten ist insbesondere gleich der Anzahl der Teile des Optikaufsatzes.According to at least one embodiment, the optical attachment is designed in several parts and thus has several parts. The parts of the optical attachment follow each other in the direction away from the main side of the semiconductor chip. Between adjacent parts, a low-refractive layer is arranged in each case. Furthermore, a low-refractive-index layer is preferably located on the base surface, that is to say on a side of the part of the optical attachment facing the semiconductor chip which is closest to the semiconductor chip. A number of the low-refractive layers are in particular equal to the number of parts of the optical attachment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor im Bereich der niedrigbrechenden Schicht schmäler geformt als im Bereich des Halbleiterchips. Damit kann der Reflektor eine Aufnahme für den Halbleiterchip bilden. Somit ist der Halbleiterchip definiert in dem Reflektor lagerbar, optional zusammen mit dem Leuchtstoffkörper, selbst wenn die niedrigbrechende Schicht aus einem Gas ist.In accordance with at least one embodiment, the reflector is narrower in the region of the low-refractive-index layer than in the region of the semiconductor chip. Thus, the reflector can form a receptacle for the semiconductor chip. Thus, the semiconductor chip is defined to be storable in the reflector, optionally together with the phosphor body, even if the low-refractive layer is of a gas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Optikaufsatz einen oder mehrere Abstandshalter auf. Der mindestens eine Abstandshalter definiert bevorzugt eine Dicke der niedrigbrechenden Schicht. Der Abstandshalter kann die niedrigbrechende Schicht vollständig durchdringen. Insbesondere reicht der Abstandshalter bis zur Hauptseite des Halbleiterchips und/oder bis zur Oberseite des Leuchtstoffkörpers. Der Abstandshalter kann als Ring gestaltet sein, der den Optikaufsatz außen an der Grundfläche ringsum umläuft.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment has one or more spacers. The at least one spacer preferably defines a thickness of the low refractive index layer. The spacer can completely penetrate the low refractive index layer. In particular, the spacer extends to the main side of the semiconductor chip and / or to the top of the phosphor body. The spacer can be designed as a ring that surrounds the optical attachment on the outside of the base all around.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere Distanzkörper. Der mindestens eine Distanzkörper befindet sich zwischen dem Optikaufsatz und dem Halbleiterchip. Mittels des Distanzkörpers kann die niedrigbrechende Schicht definiert sein. Bevorzugt weisen die niedrigbrechende Schicht und der Distanzkörper die gleiche Dicke auf. Es ist möglich, dass der Distanzkörper als Dichtring gegen ein Material des Reflektors gestaltet ist.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component comprises one or more spacers. The at least one spacer is located between the optical attachment and the semiconductor chip. By means of the spacer body, the low-refractive layer can be defined. The low-refractive-index layer and the spacer body preferably have the same thickness. It is possible that the spacer body is designed as a sealing ring against a material of the reflector.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus der Grundfläche und einer Höhe des Optikaufsatzes bei mindestens 1 mm oder 2 mm oder 3 mm oder 4 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt dieser Quotient höchstens 30 mm oder 20 mm oder 15 mm oder 12 mm oder 10 mm oder 8 mm. Die Grundfläche bezeichnet den Flächeninhalt der dem mindestens einen Halbleiterchip zugewandten Fläche, gemessen etwa in mm2. Die Höhe ist die Ausdehnung des Optikaufsatzes insbesondere von der Grundfläche bis zur Austrittsfläche, bestimmt insbesondere in Richtung senkrecht zur Grundfläche und gemessen etwa in mm. Damit ergibt sich für den Quotienten aus der Grundfläche und der Höhe eine Längeneinheit wie mm.In accordance with at least one embodiment, a quotient of the base area and a height of the optical attachment is at least 1 mm or 2 mm or 3 mm or 4 mm. Alternatively or additionally, this quotient is at most 30 mm or 20 mm or 15 mm or 12 mm or 10 mm or 8 mm. The base area denotes the surface area of the surface facing the at least one semiconductor chip, measured approximately in mm 2 . The height is the extent of the optical attachment, in particular from the base surface to the exit surface, determined in particular in the direction perpendicular to the base surface and measured approximately in mm. This results in a unit of length such as mm for the quotient of the base area and the height.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus der Grundfläche und der Abstrahlfläche bei mindestens 1 oder 1,05 oder 1,5 oder 2. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 8 oder 5 oder 3,5. Mit anderen Worten ist die Grundfläche ungefähr doppelt oder dreifach so groß wie die Abstrahlfläche. Beispielsweise bei einem Quotienten von 1 ist eine bevorzugt flächenerhaltende Umformung der Abstrahlfläche möglich, zum Beispiel von einem Rechteck auf ein gleich großes Quadrat.In accordance with at least one embodiment, a quotient of the base area and the emission area is at least 1 or 1.05 or 1.5 or 2. Alternatively or additionally, this quotient is at most 8 or 5 or 3.5. In other words, the footprint is about twice or three times the size of the radiating surface. For example, with a quotient of 1, a preferably area-preserving transformation of the emission surface is possible, for example from a rectangle to a square of the same size.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Grundfläche eine Größe von mindestens 1 mm2 oder 4 mm2 oder 6 mm2 und/oder von höchstens 50 mm2 oder 30 mm2 oder 15 mm2 auf. Alternativ oder zusätzlich gilt, dass die Höhe des Optikaufsatzes bei mindestens 0,2 mm oder 1 mm oder 1,5 mm und/oder bei höchstens 7 mm oder 5 mm oder 3 mm liegt. Entsprechend ergeben sich die oben genannten Werte für den Quotienten aus der Grundfläche und der Höhe.In accordance with at least one embodiment, the base area has a size of at least 1 mm 2 or 4 mm 2 or 6 mm 2 and / or of at most 50 mm 2 or 30 mm 2 or 15 mm 2 . Alternatively or additionally, the height of the optical attachment is at least 0.2 mm or 1 mm or 1.5 mm and / or at most 7 mm or 5 mm or 3 mm. Accordingly, the above-mentioned values for the quotient of the base area and the height result.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz im Querschnitt gesehen und entlang einer Richtung weg von dem Halbleiterchip bereichsweise oder ganz wie ein symmetrisches Trapez geformt. Eine Spiegelsymmetrieachse ist bevorzugt senkrecht zur Grundfläche und/oder senkrecht zur Hauptseite des Halbleiterchips ausgerichtet. Damit weist der Optikaufsatz bereichsweise oder in Gänze konstant schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenflächen auf. Insbesondere ist der Optikaufsatz als regelmäßiger Pyramidenstumpf gestaltet mit einer quadratischen oder rechteckigen Grundfläche.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment is seen in cross-section and shaped along a direction away from the semiconductor chip in regions or completely like a symmetrical trapezoid. A mirror symmetry axis is preferably aligned perpendicular to the base surface and / or perpendicular to the main side of the semiconductor chip. Thus, the optics essay on some areas or in whole constant obliquely to the base surface extending side surfaces. In particular, the optical attachment is designed as a regular truncated pyramid with a square or rectangular base.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz im Querschnitt gesehen und in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip aus den folgenden drei Grundformen geformt: Rechteck, symmetrisches Trapez, Rechteck. Damit kann das Trapez zwischen zwei Rechtecken eingebracht sein. Die Seitenflächen des Optikaufsatzes verlaufen somit an dem Halbleiterchip senkrecht zur Grundfläche, dann konstant schräg und anschließend wieder senkrecht. Der Optikaufsatz weist im Querschnitt gesehen bevorzugt eine einzige Spiegelsymmetrieachse senkrecht zur Grundfläche auf.In accordance with at least one embodiment, the optical attachment is seen in cross section and shaped away from the at least one semiconductor chip from the following three basic forms: rectangle, symmetrical trapezoid, rectangle. Thus, the trapeze between two rectangles can be introduced. The side surfaces of the optical attachment thus run perpendicular to the base surface on the semiconductor chip, then at a constant angle and then again vertically. The optical attachment has, seen in cross-section, preferably a single mirror symmetry axis perpendicular to the base surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz im Querschnitt gesehen und in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip bereichsweise oder komplett wie eine Stufenpyramide geformt, bevorzugt wie eine symmetrische Stufenpyramide. Die Stufenpyramide kann regelmäßig geformt sein und in Draufsicht gesehen insbesondere zwei oder vier Symmetrieachsen aufweisen, abhängig davon, ob die Grundfläche quadratisch oder rechteckig ist, was bevorzugt der Fall ist. Die Stufenpyramide weist zum Beispiel zwei oder drei Stufen auf, kann aber auch durch vier oder mehr Stufen gebildet sein. Die einzelnen Stufen der Stufenpyramide sind im Querschnitt gesehen bevorzugt durch Rechtecke gebildet.According to at least one embodiment, the optical attachment is seen in cross-section and in the direction away from the at least one semiconductor chip partially or completely shaped like a step pyramid, preferably like a symmetrical step pyramid. The step pyramid can be regular be shaped and seen in plan view in particular have two or four axes of symmetry, depending on whether the base is square or rectangular, which is preferably the case. The step pyramid has, for example, two or three stages, but may also be formed by four or more stages. The individual stages of the stepped pyramid are preferably formed by rectangles when viewed in cross-section.
Alternativ zu einem symmetrischen Aufbau kann der Optikaufsatz im Querschnitt gesehen auch asymmetrisch geformt sein. In diesem Fall ist es möglich, dass der Optikaufsatz in zumindest einem oder in allen Querschnitten gesehen keine Symmetrieachse aufweist.As an alternative to a symmetrical construction, the optical attachment can, viewed in cross-section, also be asymmetrically shaped. In this case, it is possible for the optical attachment to have no axis of symmetry in at least one or in all cross sections.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Optikaufsatz im Querschnitt gesehen bereichsweise oder komplett konkav gekrümmt. Dabei ist eine Spiegelsymmetrieachse beispielsweise senkrecht zur Grundfläche ausgerichtet. Konkav bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass sich der Optikaufsatz nahe dem Halbleiterchip stärker verjüngt als in Bereichen, die weiter vom Halbleiterchip entfernt sind. Aufgrund der konkaven Krümmung kann also eine Rate der Verjüngung in Richtung weg von dem Halbleiterchip kontinuierlich und/oder stetig abnehmen. Beispielsweise wird im Querschnitt gesehen ein konkav gekrümmter Bereich mit einem rechteckigen Sockel kombiniert.According to at least one embodiment, the optical attachment is seen in cross-section partially or completely concave curved. In this case, a mirror symmetry axis is aligned, for example, perpendicular to the base surface. Concave in this context means, in particular, that the optical attachment near the semiconductor chip tapers more strongly than in regions that are farther from the semiconductor chip. Due to the concave curvature, therefore, a rate of the taper in the direction away from the semiconductor chip can decrease continuously and / or steadily. For example, seen in cross section, a concave curved portion is combined with a rectangular base.
Alternativ kann der Optikaufsatz im Querschnitt gesehen bereichsweise oder komplett konvex gekrümmt sein, sodass sich der Optikaufsatz dann zumindest bereichsweise weiter entfernt vom Halbleiterchip stärker verjüngt als in Bereichen, die näher am Halbleiterchip liegen.Alternatively, seen in cross section, the optics attachment may be curved in regions or completely convexly, so that the optics attachment then tapers more strongly at least in areas further away from the semiconductor chip than in areas that lie closer to the semiconductor chip.
Die vorgenannten Ausführungen zur Form des Optikaufsatzes können für den Optikaufsatz insgesamt oder auch nur für einzelne Teile eines mehrteiligen Optikaufsatzes gelten. The aforementioned explanations on the shape of the optical attachment can apply to the optical attachment as a whole or only for individual parts of a multipart optics attachment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Grundfläche quadratisch oder rechteckig oder regelmäßig sechseckig gestaltet. Dagegen weist die Abstrahlfläche in der Draufsicht eine andere geometrische Grundform auf. Insbesondere ist die Abstrahlfläche dann rund oder kreisförmig oder ellipsenförmig.According to at least one embodiment, the base surface is square or rectangular or regularly hexagonal. In contrast, the radiating surface in plan view on a different geometric shape. In particular, the radiating surface is then round or circular or elliptical.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform geht die Grundfläche in Richtung weg von dem mindestens einen Halbleiterchip mit einer stetig differenzierbaren Seitenfläche in die Abstrahlfläche über. Das heißt etwa, dass im Querschnitt senkrecht zur Grundfläche gesehen jede Seitenlinie der Seitenfläche knickfrei verlaufen kann.In accordance with at least one embodiment, the base area merges into the emission surface in the direction away from the at least one semiconductor chip with a continuously differentiable side surface. This means, for example, that in the cross section perpendicular to the base surface, any side line of the side surface can run without kinking.
Alternativ kann die Seitenfläche auch einen Knick und/oder eine Stufe aufweisen oder auch mehrere Knicke und/oder mehrere Stufen. In diesem Fall ist die Seitenfläche nicht stetig differenzierbar.Alternatively, the side surface may also have a kink and / or a step, or also several kinks and / or several steps. In this case, the side surface is not continuously differentiable.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor teilweise oder vollständig durch einen Verguss gebildet. Bevorzugt ist der Verguss diffus reflektierend für sichtbares Licht und die Strahlung vom Halbleiterchip. Der Verguss kann einem Betrachter weiß erscheinen. Beispielsweise ist der Verguss aus einem transparenten und strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial wie einem Silikon oder einem Epoxid, das mit Metalloxidpartikeln, etwa aus Titandioxid, gefüllt ist.According to at least one embodiment, the reflector is partially or completely formed by a potting. Preferably, the potting is diffusely reflective for visible light and the radiation from the semiconductor chip. The casting can appear white to a viewer. For example, the potting is made of a transparent and radiation-transparent matrix material such as a silicone or an epoxide, which is filled with metal oxide particles, such as titanium dioxide.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Verguss an einer dem mindestens einen Halbleiterchip abgewandten Reflektoroberseite plan geformt. Alternativ oder zusätzlich kann die Reflektoroberseite parallel zur Hauptseite des mindestens einen Halbleiterchips verlaufen. Dadurch ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil im Querschnitt quaderförmig erscheint.In accordance with at least one embodiment, the encapsulation is plan-shaped on a reflector top facing away from the at least one semiconductor chip. Alternatively or additionally, the reflector upper side can run parallel to the main side of the at least one semiconductor chip. This makes it possible for the semiconductor component to appear cuboid in cross section.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verguss, der den Reflektor bildet, an der dem mindestens einen Halbleiterchip abgewandten Reflektoroberseite eine minimale Dicke von 0,1 mm oder 0,2 mm oder, bevorzugt, 0,3 mm auf, insbesondere direkt an dem Optikaufsatz. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Reflektor auch an der Reflektoroberseite nahe dem Optikaufsatz undurchlässig für die Strahlung und/oder für sichtbares Licht ist.In accordance with at least one embodiment, the encapsulation, which forms the reflector, has a minimum thickness of 0.1 mm or 0.2 mm or, preferably, 0.3 mm, on the reflector top remote from the at least one semiconductor chip, in particular directly on the optical attachment. It can thereby be ensured that the reflector is also impermeable to the radiation and / or to visible light on the reflector top near the optical attachment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Reflektoroberseite bündig mit der Abstrahlfläche ab. Das heißt, die Reflektoroberseite und die Abstrahlfläche können in einer gemeinsamen Ebene liegen und/oder glatt ineinander übergehen.In accordance with at least one embodiment, the reflector top side terminates flush with the emission surface. That is, the reflector top and the radiating surface may lie in a common plane and / or smoothly merge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor stellenweise oder vollständig durch eine spekular reflektierende Beschichtung an dem Optikaufsatz gebildet. Die Beschichtung kann unmittelbar auf die Seitenflächen des Reflektors aufgebracht sein. Beispielsweise bedeckt die reflektierende Beschichtung mindestens 30 % oder 50 % oder 70 % oder 95 % der Seitenflächen des Optikaufsatzes und/oder höchstens 90 % oder 60 %.In accordance with at least one embodiment, the reflector is formed in places or completely by a specularly reflective coating on the optical attachment. The coating can be applied directly to the side surfaces of the reflector. For example, the reflective coating covers at least 30% or 50% or 70% or 95% of the side surfaces of the optical attachment and / or at most 90% or 60%.
Insbesondere ist es möglich, dass der Reflektor aus der reflektierenden Beschichtung und dem reflektierenden Verguss zusammengesetzt ist und damit spekular sowie diffus reflektierende Teilgebiete aufweist.In particular, it is possible that the reflector is composed of the reflective coating and the reflective potting and thus has specular as well as diffuse reflecting subregions.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der reflektierenden Beschichtung um eine Metallbeschichtung, alternativ um eine dielektrische Beschichtung etwa in Form eines Bragg-Spiegels. Eine Dicke der Beschichtung liegt bevorzugt bei höchstens 10 µm oder 2 µm oder 0,5 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dicke bei höchstens 1 % der Höhe des Optikaufsatzes. Die Beschichtung ist damit dünn gegenüber dem Optikaufsatz.In accordance with at least one embodiment, the reflective one is Coating around a metal coating, alternatively a dielectric coating in the form of a Bragg mirror. A thickness of the coating is preferably at most 10 μm or 2 μm or 0.5 μm. Alternatively or additionally, this thickness is at most 1% of the height of the optical attachment. The coating is thus thin compared to the optical attachment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil mehrere der Halbleiterchips. Die Halbleiterchips sind bevorzugt in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Bevorzugt sind mindestens vier oder sechs und/oder höchstens 32 oder 16 der Halbleiterchips vorhanden, die bevorzugt in einem quadratischen Raster angeordnet sind.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component comprises a plurality of the semiconductor chips. The semiconductor chips are preferably arranged in a regular pattern. Preferably, at least four or six and / or at most 32 or 16 of the semiconductor chips are present, which are preferably arranged in a square grid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips zusammenhängend und ununterbrochen von der Grundfläche überdeckt. Dabei ist der Optikaufsatz bevorzugt frei von einer Strahlführungseinrichtung für einzelne oder Gruppen der Halbleiterchips. Das heißt, nach Eintritt in den Optikaufsatz verschwimmt ein Unterschied zwischen Strahlungsanteilen, die von den unterschiedlichen Halbleiterchips kommen. Mit anderen Worten liegt ein einziger, gemeinsamer und intern unstrukturierter Optikaufsatz für alle Halbleiterchips zusammen vor.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor chips are covered continuously and uninterruptedly by the base area. In this case, the optical attachment is preferably free of a beam guiding device for individual or groups of the semiconductor chips. That is, after entering the optical attachment, a difference blurs between radiation components coming from the different semiconductor chips. In other words, there is a single, common and internally unstructured optical attachment for all semiconductor chips together.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zwischen benachbarten Halbleiterchips Zwischenräume gebildet. Die Zwischenräume weisen beispielsweise eine Breite von mindestens 1 µm und/oder höchstens 150 µm oder 50 µm oder 10 µm auf. Die Zwischenräume können teilweise oder vollständig mit einem Vergusskörper ausgefüllt sein. Der Vergusskörper ist bevorzugt reflektierend, zumindest für die Primärstrahlung, bevorzugt auch für die Sekundärstrahlung und/oder für sichtbares Licht, gestaltet.In accordance with at least one embodiment, gaps are formed between adjacent semiconductor chips. The gaps have, for example, a width of at least 1 .mu.m and / or at most 150 .mu.m or 50 .mu.m or 10 .mu.m. The interstices may be partially or completely filled with a potting. The potting body is preferably reflective, designed at least for the primary radiation, preferably also for the secondary radiation and / or for visible light.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Hereinafter, an optoelectronic semiconductor device described here will be explained in more detail with reference to the drawings based on embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements can be shown exaggerated for better understanding.
Es zeigen:
-
1 bis8 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, -
9A eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils, -
9B eine schematische perspektivische Darstellung des Halbleiterbauteils der9A , -
10 bis12 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und -
13A und13B schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
-
1 to8th schematic sectional views of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein, -
9A FIG. 2 a schematic sectional view of an embodiment of an optoelectronic semiconductor component described here, FIG. -
9B a schematic perspective view of the semiconductor device of9A . -
10 to12 schematic sectional views of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein, and -
13A and13B schematic plan views of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein.
In
Dem Halbleiterchip
Zwischen dem Halbleiterchip
Der Optikaufsatz
Der Optikaufsatz
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil
Der Reflektor
Durch den Brechungsindexsprung zwischen dem Optikaufsatz
Im Ausführungsbeispiel der
Weiterhin ist in
An der Hauptseite
Eine solche Strukturierung
Gemäß
Zwischen benachbarten Teilen
Es können auch mehr als zwei Teile
Solche mehrteiligen Optikaufsätze
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen kann ein bezüglich der Außenkontur im Querschnitt gesehen gestuft geformter Reflektor
Beim Ausführungsbeispiel der
Die niedrigbrechende Schicht
Der Optikaufsatz
Der Träger
In
Der Optikaufsatz
In
Gemäß
Das Halbleiterbauteil
Im Falle einer Gasschicht für die niedrigbrechende Schicht
Der Distanzkörper
In
Im Ausführungsbeispiel der
In
Optional ist ein Vergusskörper
Eine solche Beschichtung für den Reflektor
In
Eine entsprechende Kombination aus einer Beschichtung und einem Verguss an den Seitenflächen
Optional kann der Optikaufsatz
In
Der Optikaufsatz
Der Reflektor
In
In
Die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellten Formen für den Optikaufsatz
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.Unless otherwise indicated, the components shown in the figures preferably each directly follow one another in the order indicated. Layers not in contact with the figures are preferably spaced apart from one another. As far as lines are drawn parallel to each other, the corresponding surfaces are preferably also aligned parallel to each other. Also, unless otherwise indicated, the relative positions of the drawn components relative to one another are correctly represented in the figures.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- optoelektronisches Halbleiterbauteiloptoelectronic semiconductor device
- 22
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 2020
- HauptseiteHome
- 2121
- HalbleiterschichtenfolgeSemiconductor layer sequence
- 2222
- Strukturierungstructuring
- 2323
- Passivierungpassivation
- 2424
- Chipspiegelchip mirror
- 2525
- Chipsubstratchip substrate
- 33
- LeuchtstoffkörperLuminescent body
- 3030
- Oberseite des LeuchtstoffkörpersTop of the phosphor body
- 44
- Optikaufsatzoptic attachment
- 4a, 4b4a, 4b
- Teile des OptikaufsatzesParts of the optics attachment
- 4242
- Seitenfläche des OptikaufsatzesSide surface of the optics attachment
- 4343
- Knick in der Seitenfläche des OptikaufsatzesKink in the side surface of the optics attachment
- 4545
- Strukturierungstructuring
- 4848
- Abstandshalterspacer
- 4949
- Streumittelspreading material
- 55
- Reflektorreflector
- 5151
- ReflektoroberseiteReflector top
- 66
- niedrigbrechende Schichtlow refractive layer
- 77
- Distanzkörperspacers
- 88th
- Kleberschichtadhesive layer
- 99
- Trägercarrier
- AA
- Grundfläche des OptikaufsatzesBase of the optics attachment
- BB
- Austrittsfläche des OptikaufsatzesExit surface of the optics attachment
Claims (19)
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021122453A1 (en) * | 2019-12-17 | 2021-06-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optical component, optoelectronic semiconductor component and method for producing an optical component |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016094422A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-16 | Koninklijke Philips N.V. | Wavelength converted semiconductor light emitting device |
US20160247987A1 (en) * | 2013-01-24 | 2016-08-25 | Stanley Electric Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070284565A1 (en) * | 2006-06-12 | 2007-12-13 | 3M Innovative Properties Company | Led device with re-emitting semiconductor construction and optical element |
JP5326837B2 (en) * | 2009-06-08 | 2013-10-30 | 日亜化学工業株式会社 | Light emitting device |
DE102010055265A1 (en) * | 2010-12-20 | 2012-06-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic semiconductor device |
JP2013038187A (en) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Stanley Electric Co Ltd | Light-emitting device and method of manufacturing the same |
JP6217705B2 (en) * | 2015-07-28 | 2017-10-25 | 日亜化学工業株式会社 | Light emitting device and manufacturing method thereof |
-
2018
- 2018-06-07 DE DE102018113607.2A patent/DE102018113607A1/en active Pending
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2019
- 2019-06-06 WO PCT/EP2019/064859 patent/WO2019234185A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160247987A1 (en) * | 2013-01-24 | 2016-08-25 | Stanley Electric Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
WO2016094422A1 (en) * | 2014-12-08 | 2016-06-16 | Koninklijke Philips N.V. | Wavelength converted semiconductor light emitting device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021122453A1 (en) * | 2019-12-17 | 2021-06-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optical component, optoelectronic semiconductor component and method for producing an optical component |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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