DE102018119314A1 - Process for the production of decoupling elements, decoupling element and light-emitting semiconductor component - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen (100) mit den folgenden Verfahrensschritten:a) Bereitstellen einer Trägerfolie (200) mit einer Negativstruktur (250);b) Ausbilden einer optischen Schicht (110) mit Auskoppelstrukturen (115), wobei- flüssiges Polysiloxan auf die Trägerfolie (200) aufgebracht wird, und- mittels der Negativstruktur (250) die Form der Auskoppelstrukturen (115) vorgegeben wird;c) Aushärten der optischen Schicht (110);d) Ablösen der optischen Schicht (110) von der Trägerfolie (200) und Vereinzeln der optischen Schicht (110) in Auskoppelelemente (100).Method for producing coupling elements (100) with the following method steps: a) providing a carrier film (200) with a negative structure (250); b) forming an optical layer (110) with coupling structures (115), with liquid polysiloxane on the carrier film (200) is applied, and - by means of the negative structure (250) the shape of the coupling-out structures (115) is predetermined; c) curing of the optical layer (110); d) detachment of the optical layer (110) from the carrier film (200) and Separating the optical layer (110) into coupling elements (100).
Description
Es wird ein Auskoppelelement angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen angegeben. Ferner wird ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil angegeben.A decoupling element is specified. In addition, a method for producing coupling elements is specified. A light-emitting semiconductor component is also specified.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein Auskoppelelement anzugeben, welches verbesserte optische Eigenschaften aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von solchen Auskoppelelementen anzugeben. Ferner besteht eine Aufgabe darin ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit verbesserten Emissionseigenschaften anzugeben.One of the tasks to be solved is to provide a decoupling element which has improved optical properties. Another problem to be solved is to provide a method for producing such decoupling elements. Another object is to provide a light-emitting semiconductor component with improved emission properties.
Bei den Auskoppelelementen handelt es sich beispielsweise um optische Elemente, die dazu vorgesehen sind einem lichtemittierenden Halbleiterchip in Abstrahlrichtung nachgeordnet zu werden. Beispielsweise sind die Auskoppelelemente dazu vorgesehen, dass elektromagnetische Strahlung diese durchläuft und an Grenzflächen der Auskoppelelemente gebrochen wird. Insbesondere sind die Auskoppelelemente dazu Vorgesehen die Auskoppelung des von dem lichtemittierenden Halbleiterchip emittierten Lichts zu verbessern, das heißt, die Wahrscheinlichkeit für den Lichtaustritt zu erhöhen.The outcoupling elements are, for example, optical elements which are intended to be arranged downstream of a light-emitting semiconductor chip in the radiation direction. For example, the outcoupling elements are provided so that electromagnetic radiation passes through them and is broken at interfaces of the outcoupling elements. In particular, the outcoupling elements are intended to improve the outcoupling of the light emitted by the light-emitting semiconductor chip, that is to say to increase the probability of the light emerging.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen einen Verfahrensschritt a) bei welchem eine Trägerfolie mit einer Negativstruktur bereitgestellt wird. Bei der Trägerfolie handelt es sich beispielsweise um eine mit Polytetrafluorethylen (PFTE) gebildete, insbesondere daraus bestehende, Folie. Die Trägerfolie kann flexibel oder starr ausgebildet sein.According to one embodiment, the method for producing outcoupling elements comprises a method step a) in which a carrier film with a negative structure is provided. The carrier film is, for example, a film formed with polytetrafluoroethylene (PFTE), in particular consisting of it. The carrier film can be flexible or rigid.
Bei der Negativstruktur handelt es um eine Formgebung der Trägerfolie, bei der die Folie Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweist, die sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Trägerfolie erstrecken. Die Negativstruktur kann an lediglich einer Fläche der Trägerfolie ausgebildet sein. Alternativ können beide einander gegenüberliegenden Flächen der Trägerfolie die Negativstruktur aufweisen. Insbesondere ist die Negativstruktur nicht nur eine Oberflächenstrukturierung der Folie, sondern vielmehr ist die gesamte Folie mit der Negativstruktur ausgebildet, sodass die Erhebungen an einer ersten Fläche als Vertiefungen an einer gegenüberliegenden Fläche ausgebildet sind.The negative structure is a shape of the carrier film, in which the film has depressions and / or elevations which extend perpendicular to the main plane of extension of the carrier film. The negative structure can be formed on only one surface of the carrier film. Alternatively, both opposite surfaces of the carrier film can have the negative structure. In particular, the negative structure is not only a surface structuring of the film, but rather the entire film is formed with the negative structure, so that the elevations on a first surface are formed as depressions on an opposite surface.
Beispielsweise umfasst die Negativstruktur eine Vielzahl von Erhebungen oder Vertiefungen die entlang der Oberfläche der Folie periodisch angeordnet sein können. Die Erhebungen oder Vertiefungen können beispielsweise kuppelförmig, kegelförmig oder pyramidenförmig ausgestaltet sein und entlang den Knotenpunkten eines imaginären regelmäßigen Rechteckgitters oder eines regelmäßigen imaginären Sechseckgitters angeordnet sein. Auch eine zufällige oder quasizufällige Verteilung der Vielzahl von Erhebungen und/oder Vertiefungen entlang der Oberfläche der Folie ist möglich.For example, the negative structure comprises a multiplicity of elevations or depressions which can be arranged periodically along the surface of the film. The elevations or depressions can, for example, be dome-shaped, conical or pyramid-shaped and can be arranged along the nodes of an imaginary regular rectangular grid or a regular imaginary hexagonal grid. A random or quasi-random distribution of the plurality of elevations and / or depressions along the surface of the film is also possible.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen einen Verfahrensschritt b) bei dem eine optischen Schicht mit Auskoppelstrukturen ausgebildet wird, wobei flüssiges Polysiloxan auf die Trägerfolie aufgebracht wird, und mittels der Negativstruktur die Form der Auskoppelstrukturen vorgegeben wird. Bei der optischen Schicht handelt es sich beispielsweise um eine im sichtbaren Wellenlängenbereich für elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise transparente Schicht. Beispielsweise wird zum Herstellen der optischen Schicht teilkondensiertes oder unkondensiertes Polysiloxan aufgetragen. Insbesondere wird Poly-Methoxy-Siloxan, Poly-Ethoxy-Siloxan, Propyl-Siloxan, iPrO-Siloxan, n-BuO-Siloxan, t-BuO-Siloxan, MeO-Me-Siloxan, MeO-Et-Siloxan, MeO-Ph-Siloxan oder eine Mischung daraus aufgetragen.According to one embodiment, the method for producing outcoupling elements comprises a method step b) in which an optical layer with outcoupling structures is formed, liquid polysiloxane being applied to the carrier film and the shape of the outcoupling structures being predetermined by means of the negative structure. The optical layer is, for example, a layer which is at least partially transparent to electromagnetic radiation in the visible wavelength range. For example, partially condensed or uncondensed polysiloxane is applied to produce the optical layer. In particular, poly-methoxy-siloxane, poly-ethoxy-siloxane, propyl-siloxane, iPrO-siloxane, n-BuO-siloxane, t-BuO-siloxane, MeO-Me-siloxane, MeO-Et-siloxane, MeO-Ph- Siloxane or a mixture of them applied.
Die optische Schicht ist zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend, ausgebildet. An einer der Trägerfolie zugewandten Seite der optischen Schicht werden die Auskoppelstrukturen ausgebildet, indem die Negativstruktur von dem Polysiloxan vollständig überdeckt wird. Beispielsweise sind die Auskoppelstrukturen an einer ersten Hauptfläche ausgebildet und an einer von der Trägerfolie abgewandten Seite der optischen Schicht wird eine zweite Hauptfläche ausgebildet. Die Geometrie der Auskoppelstrukturen wird beispielsweise mittels der Erhebungen und/oder der Vertiefungen der Negativstruktur vorgegeben. Die Auskoppelstrukturen können die Form von Linsen, Mikrolinsen, Fresnel-Linsen, Pyramiden oder Prismen aufweisen. Insbesondere weisen die Auskoppelstrukturen entlang der Haupterstreckungsebene der optischen Schicht eine Größe von zumindest 2 µm, insbesondere zumindest 10 µm, auf.The optical layer is coherent, in particular simply coherent. The outcoupling structures are formed on one side of the optical layer facing the carrier film by completely covering the negative structure with the polysiloxane. For example, the coupling-out structures are formed on a first main surface and a second main surface is formed on a side of the optical layer facing away from the carrier film. The geometry of the decoupling structures is specified, for example, by means of the elevations and / or the depressions of the negative structure. The coupling-out structures can have the form of lenses, microlenses, Fresnel lenses, pyramids or prisms. In particular, the decoupling structures along the main extension plane of the optical layer have a size of at least 2 μm, in particular at least 10 μm.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen einen Verfahrensschritt c) bei dem die optische Schicht ausgehärtet wird. Beispielsweise wird die optische Schicht mittels Polykondensation oder Polyaddition ausgehärtet.According to one embodiment, the method for producing coupling elements comprises a method step c) in which the optical layer is cured. For example, the optical layer is cured by means of polycondensation or polyaddition.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Auskoppelelementen wird die optische Schicht in einem Verfahrensschritt d) von der Trägerfolie abgelöst und in Auskoppelelemente vereinzelt. Beispielsweise wird eine Transferfolie auf einer der Trägerfolie abgewandten Seite der optischen Schicht aufgebracht und die Trägerfolie wird von der optischen Schicht als Ganzes abgezogen. Insbesondere wird die optische Schicht mittels eines Sägeverfahrens oder mittels eines Lasertrennverfahrens vereinzelt. Die optische Schicht kann entlang den Linien eines imaginären periodischen, insbesondere regelmäßigen, Gitters vereinzelt werden. Nach dem Vereinzeln können die Auskoppelelemente mittels der Transferfolie mechanisch miteinander verbunden sein.According to one embodiment of the method for producing outcoupling elements, the optical layer is detached from the carrier film in a method step d) and separated into outcoupling elements. For example, a transfer film is applied to a side of the optical layer facing away from the carrier film and the carrier film is pulled off from the optical layer as a whole. In particular, the optical layer is separated by means of a sawing process or by means of a laser separation process. The optical layer can be separated along the lines of an imaginary periodic, in particular regular, grating. After separation, the decoupling elements can be mechanically connected to one another by means of the transfer film.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen einer Trägerfolie mit einer Negativstruktur;
- b) Ausbilden einer optischen Schicht mit Auskoppelstrukturen, wobei
- - flüssiges Polysiloxan auf die Trägerfolie aufgebracht wird, und
- - mittels der Negativstruktur die Form der Auskoppelstrukturen vorgegeben wird;
- c) Aushärten der optischen Schicht;
- d) Ablösen der optischen Schicht von der Trägerfolie und Vereinzeln der optischen Schicht in Auskoppelelemente.
- a) providing a carrier film with a negative structure;
- b) forming an optical layer with coupling-out structures, wherein
- - Liquid polysiloxane is applied to the carrier film, and
- - The shape of the decoupling structures is specified by means of the negative structure;
- c) curing the optical layer;
- d) detaching the optical layer from the carrier film and separating the optical layer into coupling elements.
Einem hier beschriebenen Verfahren liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Bei herkömmlichen Auskoppelelementen wird die Auskopplung mittels streuender Partikel beeinflusst und nachgeordnete optische Elemente, wie beispielsweise Linsen, werden zur Strahlformung der ausgekoppelten Strahlung angesetzt.A method described here is based among other things on the following considerations. In the case of conventional outcoupling elements, the outcoupling is influenced by means of scattering particles, and downstream optical elements, such as lenses, are used for beam shaping of the outcoupled radiation.
Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, die zuvor nachgeordneten optischen Elemente mittels der Auskoppelstrukturen in die Auskoppelelemente zu integrieren. Vorteilhafterweise sind derartige Auskoppelelemente mit dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren besonders einfach herstellbar und ermöglichen eine besonders kompakte Bauform.The method described here for producing outcoupling elements now makes use of the idea, inter alia, of integrating the optical elements which were previously arranged downstream into the outcoupling elements by means of the outcoupling structures. Such decoupling elements are advantageously particularly easy to manufacture using the manufacturing method described here and enable a particularly compact design.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von Auskoppelelementen wird in einem Verfahrensschritt a0), welcher vor dem Verfahrensschritt a) durchgeführt wird, ein Spannwerkzeug mit einer strukturierten Befestigungsfläche bereitgestellt, die Trägerfolie an der strukturierten Befestigungsfläche mittels Unterdruck befestigt, und mittels der strukturierten Befestigungsfläche die Negativstruktur der Folie vorgegeben. Bei dem Spannwerkzeug handelt es sich beispielsweise um einen Vakuumchuck. Insbesondere weist das Spannwerkzeug Kanäle auf, in denen ein Unterdruck erzeugt werden kann, sodass an der Befestigungsfläche mittels Ansaugens die Trägerfolie befestigbar ist.According to one embodiment of the method for producing outcoupling elements, in a method step a0), which is carried out before method step a), a tensioning tool is provided with a structured fastening surface, the carrier film is fastened to the structured fastening surface by means of negative pressure, and the negative structure by means of the structured fastening surface given the slide. The clamping tool is, for example, a vacuum chuck. In particular, the clamping tool has channels in which a negative pressure can be generated, so that the carrier film can be fastened to the fastening surface by suction.
Beispielsweise wird die Trägerfolie mittels des Befestigens verformt, sodass die Geometrie der strukturierten Befestigungsfläche im Wesentlichen auf die Trägerfolie übertragen wird, sodass die Trägerfolie die Negativstruktur aufweist.For example, the carrier film is deformed by means of fastening, so that the geometry of the structured fastening surface is essentially transferred to the carrier film, so that the carrier film has the negative structure.
Insbesondere weist die Trägerfolie vor dem Befestigen an der Befestigungsfläche keine Negativstruktur auf, sondern ist plan ausgebildet. Vorteilhafterweise ist mittels des Spannwerkzeugs die Geometrie der Auskoppelstrukturen der Auskoppelelemente vorgebbar und es kann eine plane Trägerfolie zur Herstellung der Auskoppelelemente verwendet werden. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung von Auskoppelelementen.In particular, the carrier film does not have a negative structure before being fastened to the fastening surface, but is of flat design. Advantageously, the geometry of the decoupling structures of the decoupling elements can be predetermined by means of the clamping tool and a flat carrier film can be used to produce the decoupling elements. This enables a particularly cost-effective production of decoupling elements.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen wird im Verfahrensschritt b) die optische Schicht mit einer ersten und einer zweiten Siloxan-Schicht gebildet. Dabei wird die erste Siloxan-Schicht auf die Trägerfolie aufgebracht, die erste Siloxan-Schicht wird angehärtet, und die zweite Siloxan-Schicht wird auf die erste Siloxan-Schicht aufgebracht. Beispielsweise ist die erste Hauptfläche der optischen Schicht mit der ersten Siloxan-Schicht gebildet und die der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche der optischen Schicht ist mit der zweiten Siloxan-Schicht gebildet.According to one embodiment of the method for producing coupling-out elements, the optical layer is formed with a first and a second siloxane layer in method step b). The first siloxane layer is applied to the carrier film, the first siloxane layer is hardened, and the second siloxane layer is applied to the first siloxane layer. For example, the first main surface of the optical layer is formed with the first siloxane layer and the second main surface of the optical layer opposite the first main surface is formed with the second siloxane layer.
Beispielsweise werden die erste und die zweite Siloxan-Schicht nacheinander unmittelbar aufeinander aufgebracht und sind direkt stoffschlüssig miteinander verbunden. Insbesondere werden die erste und die zweite Siloxan-Schicht mittels identischer Verfahren auf der Trägerfolie angeordnet. Insbesondere können die erste und die zweite Siloxan-Schicht unterschiedliche mechanische, optische oder thermische Eigenschaften aufweisen. Vorteilhafterweise ermöglicht das Bilden der optischen Schicht mit der ersten und der zweiten Siloxan-Schicht die Herstellung eines besonders effizienten Auskoppelelements.For example, the first and second siloxane layers are successively applied directly to one another and are directly bonded to one another. In particular, the first and second siloxane layers are arranged on the carrier film using identical methods. In particular, the first and second siloxane layers can have different mechanical, optical or thermal properties. The formation of the optical layer with the first and the second siloxane layer advantageously enables the production of a particularly efficient decoupling element.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen wird die zweite Siloxan-Schicht maximal 10 Sekunden nach der ersten Siloxan-Schicht aufgebracht. Insbesondere ist die erste Siloxan-Schicht beim Aufbringen der zweiten Siloxan-Schicht nicht vollständig ausgehärtet, sondern nur angehärtet. Beispielsweise ist das Anhärten der ersten Siloxan-Schicht mittels Veränderung der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft einstellbar. Insbesondere beträgt die Dauer zum Anhärten der ersten Siloxan-Schicht bei einer Luftfeuchtigkeit von 55 % maximal 5 Sekunden, sodass die zweite Siloxan-Schicht 5 Sekunden nach dem Aufbringen der ersten Siloxan-Schicht auf die erste Siloxan-Schicht aufgebracht wird. Vorteilhafterweise ermöglicht das Anhärten eine besonders geringe Durchmischung der ersten und der zweiten Siloxan-Schicht, wobei zusätzlich ein geringer zeitlicher Abstand zwischen dem Aufbringen der ersten und der zweiten Siloxan-Schicht zu einer besonders hohen Stabilität der mechanischen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Siloxan-Schicht führt.According to one embodiment of the method for producing outcoupling elements, the second siloxane layer is applied a maximum of 10 seconds after the first siloxane layer. In particular, the first siloxane layer is not fully cured when the second siloxane layer is applied, but is only cured. For example, the hardening of the first siloxane layer can be adjusted by changing the air humidity in the surrounding air. In particular, the duration for the hardening of the first siloxane layer at a humidity of 55% is a maximum of 5 seconds, so that the second siloxane layer is applied to the first siloxane layer 5 seconds after the application of the first siloxane layer. Advantageously, the hardening enables a particularly little mixing of the first and second siloxane layers, a short time interval between the application of the first and second siloxane layers leading to a particularly high stability of the mechanical connection between the first and second siloxane layers.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen wird die erste und/oder die zweite Siloxan-Schicht mittels Rakeln oder Sprühen aufgebracht. Insbesondere werden die erste und die zweite Siloxan-Schicht mittels desselben Verfahrens aufgebracht. Beispielsweise wird mittels der ersten Siloxan-Schicht die Negativstruktur vollständig befüllt. Insbesondere ist eine von der Trägerfolie abgewandte Seite der ersten Siloxan-Schicht einfach zusammenhängend und plan ausgebildet. Die zweite Siloxan-Schicht wird auf die von der Trägerfolie abgewandte Seite der ersten Siloxan-Schicht aufgebracht. Insbesondere ist die zweite Siloxan-Schicht vollständig von der ersten Siloxan-Schicht überdeckt. Die Auskoppelstrukturen, welche mittels der Negativstruktur ausgebildet werden, sind beispielsweise ausschließlich mit der ersten Siloxan-Schicht gebildet. Die zweite Siloxan-Schicht kann frei von den Auskoppelstrukturen sein.According to one embodiment of the method for producing outcoupling elements, the first and / or the second siloxane layer is applied by means of doctor blades or spraying. In particular, the first and second siloxane layers are applied using the same method. For example, the negative structure is completely filled using the first siloxane layer. In particular, a side of the first siloxane layer facing away from the carrier film is simply coherent and flat. The second siloxane layer is applied to the side of the first siloxane layer facing away from the carrier film. In particular, the second siloxane layer is completely covered by the first siloxane layer. The outcoupling structures, which are formed by means of the negative structure, are formed, for example, exclusively with the first siloxane layer. The second siloxane layer can be free of the coupling-out structures.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen umfasst die optische Schicht ein Konversionsmaterial und/oder Nanopartikel, wobei mittels der Nanopartikel der Brechungsindex der optischen Schicht zumindest Abschnittsweise verändert ist. Das Konversionsmaterial ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Dabei ist der zweite Wellenlängenbereich langwelliger als der erste Wellenlängenbereich. Insbesondere umfasst die erste oder die zweite Siloxan-Schicht, bevorzugt ausschließlich die zweite Siloxan-Schicht, das Konversionsmaterial. Beispielsweise ist das Konversionsmaterial gleichmäßig in der ersten und/oder zweiten Siloxan-Schicht verteilt, sodass die Wahrscheinlichkeit für das Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung entlang der Haupterstreckungsebene der optischen Schicht konstant ist.According to one embodiment of the method for producing coupling-out elements, the optical layer comprises a conversion material and / or nanoparticles, the refractive index of the optical layer being changed at least in sections by means of the nanoparticles. The conversion material is intended to convert electromagnetic radiation of a first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range. The second wavelength range is longer than the first wavelength range. In particular, the first or the second siloxane layer, preferably exclusively the second siloxane layer, comprises the conversion material. For example, the conversion material is evenly distributed in the first and / or second siloxane layer, so that the probability of converting electromagnetic radiation along the main plane of extent of the optical layer is constant.
Alternativ kann die Konzentration des Konversionsmaterials einen Gradienten senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweisen. In Richtung der ersten Siloxanschicht nimmt beispielsweise die Konzentration des Konversionsmaterials in der zweiten Siloxanschicht ab. Somit ist die Konzentration des Konversionsmaterials in der zweiten Siloxanschicht an einer der der ersten Siloxanschicht zugewandten Seite größer als an einer der ersten Siloxanschicht abgewandten Seite.Alternatively, the concentration of the conversion material can have a gradient perpendicular to the main extension plane. For example, the concentration of the conversion material in the second siloxane layer decreases in the direction of the first siloxane layer. Thus, the concentration of the conversion material in the second siloxane layer is greater on a side facing the first siloxane layer than on a side facing away from the first siloxane layer.
Die Nanopartikel weisen beispielsweise im Mittel eine Größe von weniger als 100 nm, bevorzugt weniger als 50 nm, auf. Beispielsweise haben die Nanopartikel zumindest eine mittlere Größe von 10 nm. Insbesondere sind die Nanopartikel für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich zumindest teilweise transparent. Die Nanopartikel weisen beispielsweise einen Brechungsindex auf, welcher sich von dem die Nanopartikel umgebenden Siloxan der optischen Schicht um zumindest 0,1, bevorzugt zumindest um 0,3, unterscheidet. Insbesondere sind die Nanopartikel nicht dazu vorgesehen streuend zu wirken. Beispielsweise sind die Nanopartikel mit Zirkoniumdioxid (ZrO2), Aluminiumoxid (Al2O3) , Titanoxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO), Bariumsulfat (BaSo4) und/oder Siliziumoxid (SiO2) gebildet. Beispielsweise umfasst die zweite Siloxan-Schicht das Konversionsmaterial und die erste Siloxan-Schicht umfasst Nanopartikel. Vorteilhafterweise sind mittels der Nanopartikel und dem Konversionsmaterial optische Eigenschaften der optischen Schicht anpassbar.The average size of the nanoparticles is, for example, less than 100 nm, preferably less than 50 nm. For example, the nanoparticles have an average size of at least 10 nm. In particular, the nanoparticles are at least partially transparent to electromagnetic radiation in the visible wavelength range. The nanoparticles have, for example, a refractive index which differs from the siloxane of the optical layer surrounding the nanoparticles by at least 0.1, preferably at least 0.3. In particular, the nanoparticles are not intended to have a scattering effect. For example, the nanoparticles are formed with zirconium dioxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), barium sulfate (BaSo 4 ) and / or silicon oxide (SiO 2 ). For example, the second siloxane layer comprises the conversion material and the first siloxane layer comprises nanoparticles. Advantageously, the optical properties of the optical layer can be adapted by means of the nanoparticles and the conversion material.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen umfasst die zweite Siloxan-Schicht ein Konversionsmaterial und die erste Siloxan-Schicht ist klarsichtig. Beispielsweise umfasst die zweite Siloxan-Schicht ein im roten Wellenlängebereich emittierendes Konversionsmaterial. In der ersten Siloxan-Schicht können Nanopartikel angeordnet sein, mittels denen der mittlere Brechungsindex der ersten Siloxan-Schicht angepasst ist. Vorteilhafterweise erfüllen die erste und die zweite Siloxan-Schicht im bestimmungsgemäßen Betrieb unterschiedliche Funktionen, an welche diese jeweils separat voneinander anpassbar sind.According to one embodiment of the method for producing coupling-out elements, the second siloxane layer comprises a conversion material and the first siloxane layer is clear-sighted. For example, the second siloxane layer comprises a conversion material emitting in the red wavelength range. Nanoparticles can be arranged in the first siloxane layer, by means of which the average refractive index of the first siloxane layer is adapted. Advantageously, the first and second siloxane layers perform different functions in the intended operation, to which they can each be adapted separately.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen umfasst die erste Siloxan-Schicht ein im gelben und/oder grünen Wellenlängenbereich emittierendes Konversionsmaterial, und die zweite Siloxan-Schicht umfasst ein im roten Wellenlängenbereich emittierendes Konversionsmaterial. Bevorzugt sind Konversionsmaterialien, welche im bestimmungsgemäßen Betrieb besonders stark Wärme entwickeln, in der zweiten Siloxan-Schicht angeordnet. Beispielsweise sind Konversionsmaterialien umso näher an der zweiten Hauptfläche der optischen Schicht angeordnet, je langwelliger der Wellenlängenbereich ist, in welchem das jeweilige Konversionsmaterial elektromagnetische Strahlung emittiert. Vorteilhafterweise ist in derartig hergestellten Auskoppelelementen entstehende Wärme besonderes effizient ableitbar.According to one embodiment of the method for producing coupling-out elements, the first siloxane layer comprises a conversion material emitting in the yellow and / or green wavelength range, and the second siloxane layer comprises a conversion material emitting in the red wavelength range. Conversion materials, which generate a particularly large amount of heat during normal operation, are preferably arranged in the second siloxane layer. For example, conversion materials are arranged the closer to the second main surface of the optical layer, the longer the wavelength range in which the respective conversion material emits electromagnetic radiation. Advantageously, heat generated in the coupling elements produced in this way can be dissipated particularly efficiently.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen von Auskoppelelementen wird im Verfahrensschritt c) die optische Schicht auf maximal 100°C erwärmt. Insbesondere wird die optische Schicht im Verfahrensschritt c) auf maximal 70°C erwärmt. Vorteilhafterweise ermöglicht die moderate Temperatur die Verwendung von temperatursensitiven Konversionsmaterialien.According to one embodiment of the method for producing coupling elements, the optical layer is heated to a maximum of 100 ° C. in method step c). In particular, the optical layer in process step c) is at a maximum of 70 ° C. heated. The moderate temperature advantageously enables the use of temperature-sensitive conversion materials.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Spannwerkzeug eine Heizvorrichtung, wobei im Verfahrensschritt c) die Temperatur der optischen Schicht mittels der Heizvorrichtung eingestellt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Heizvorrichtung um eine Widerstandsheizung oder ein Peltierelement. According to one embodiment of the method, the clamping tool comprises a heating device, the temperature of the optical layer being set in method step c) by means of the heating device. For example, the heating device is a resistance heater or a Peltier element.
Vorteilhafterweise ist mittels der Heizvorrichtung die Temperatur der optischen Schicht besonders präzise anpassbar.The temperature of the optical layer can advantageously be adjusted particularly precisely by means of the heating device.
Es wird des Weiteren ein Auskoppelelement angegeben. Das Auskoppelelement kann insbesondere mit einem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Auskoppelelementen hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das Auskoppelelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.A decoupling element is also specified. The decoupling element can in particular be produced using a method for producing decoupling elements described here. This means that all of the features disclosed for the decoupling element are also disclosed for the method and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Auskoppelelement eine erste Hauptfläche und einer gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche, wobei das Auskoppelelement mit Polysiloxan gebildet ist. Die erste Hauptfläche weist eine Auskoppelstruktur auf und die zweite Hauptfläche ist eben ausgebildet. Seitenflächen, welche die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche miteinander verbinden, weisen Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf. Bei den Spuren des Vereinzelungsprozesses handelt es sich beispielsweise um Spuren eines Sägeprozesses, eines Ätzprozesses, eines Stanzprozesses oder eines Lasertrennverfahrens.According to one embodiment, the coupling-out element comprises a first main surface and an opposite second main surface, the coupling-out element being formed with polysiloxane. The first main surface has a coupling-out structure and the second main surface is flat. Side surfaces, which connect the first main surface and the second main surface to one another, show traces of a separation process. The traces of the separation process are, for example, traces of a sawing process, an etching process, a punching process or a laser cutting process.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Auskoppelelement eine erste und eine zweite Siloxan-Schicht, wobei die erste Hauptfläche mit der ersten Siloxan-Schicht gebildet ist, die zweite Hauptfläche mit der zweiten Siloxan-Schicht gebildet ist, und die erste und die zweite Siloxan-Schicht sich durch eine optische Eigenschaft voneinander unterscheiden. Beispielsweise unterscheiden sich die erste und die zweite Siloxan-Schicht in ihrer Transparenz voneinander. Die erste und die zweite Siloxan-Schicht können jeweils verschiedene Konversionsmaterialien umfassen, die dazu eingerichtet sind, Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu emittieren.According to one embodiment, the coupling-out element comprises a first and a second siloxane layer, the first main surface being formed with the first siloxane layer, the second main surface being formed with the second siloxane layer, and the first and the second siloxane layer differ from each other by an optical property. For example, the transparency of the first and second siloxane layers differ from one another. The first and the second siloxane layer can each comprise different conversion materials which are set up to emit light in different wavelength ranges.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Siloxan-Schicht klarsichtig, und die optische Eigenschaft in der sich die erste und zweite Siloxan-Schicht unterscheiden, ist der Brechungsindex. Beispielsweise ist der Brechungsindex der ersten und/oder der zweiten Siloxan-Schicht mittels Nanopartikeln verändert. Alternativ kann der Brechungsindex mittels organischen Gruppen, bevorzugt Phenylgruppen, an Si-Atomen des Materials der ersten und/oder zweiten Siloxanschicht verändert sein. Insbesondere unterscheidet sich der Brechungsindex der ersten und der zweiten Siloxan-Schicht um zumindest 0,2, bevorzugt zumindest 0,3, voneinander. Bevorzugt ist der Brechungsindex der ersten Siloxan-Schicht geringer als der Brechungsindex der zweiten Siloxan-Schicht. Vorteilhafterweise wird ein besonders geringer Anteil von elektromagnetische Strahlung, welche das Auskoppelelement durchläuft, an der ersten oder zweiten Hauptfläche des Auskoppelelements oder an der Grenzfläche der ersten und zweiten Siloxan-Schicht reflektiert.In one embodiment, the first and second siloxane layers are clear-sighted, and the optical property in which the first and second siloxane layers differ is the refractive index. For example, the refractive index of the first and / or the second siloxane layer is changed by means of nanoparticles. Alternatively, the refractive index can be changed by means of organic groups, preferably phenyl groups, on Si atoms of the material of the first and / or second siloxane layer. In particular, the refractive index of the first and second siloxane layers differs from one another by at least 0.2, preferably at least 0.3. The refractive index of the first siloxane layer is preferably lower than the refractive index of the second siloxane layer. A particularly small proportion of electromagnetic radiation which passes through the coupling-out element is advantageously reflected on the first or second main surface of the coupling-out element or on the interface of the first and second siloxane layers.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Auskoppelstrukturen die Form von Linsen, Mikrolinsen, Fresnel-Linsen, Pyramiden, Prismen oder sonstigen Auskoppelstrukturen auf. Insbesondere sind die Auskoppelstrukturen dazu vorgesehen elektromagnetische Strahlung so zu brechen, dass ein vorgegebenes Strahlprofil der elektromagnetischen Strahlung erzielt wird.According to one embodiment, the outcoupling structures have the shape of lenses, microlenses, Fresnel lenses, pyramids, prisms or other outcoupling structures. In particular, the decoupling structures are intended to refract electromagnetic radiation in such a way that a predetermined beam profile of the electromagnetic radiation is achieved.
Es wird des Weiteren ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Das lichtemittierende Halbleiterbauteil umfasst insbesondere ein hier beschriebenes Auskoppelelement, welches mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt sein kann. Das heißt, sämtliche für das lichtemittierende Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für das Auskoppelelement offenbart und umgekehrt.A light-emitting semiconductor component is also specified. The light-emitting semiconductor component in particular comprises a coupling element described here, which can be produced using the method described here. This means that all of the features disclosed for the light-emitting semiconductor component are also disclosed for the decoupling element and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip und ein Auskoppelelement, wobei der Halbleiterchip dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung durch eine Abstrahlfläche zu emittieren, das Auskoppelelement mit der zweiten Hauptfläche auf der Abstrahlfläche angeordnet ist, und zumindest ein Großteil der von dem lichtemittierenden Chip emittierten Strahlung das Auskoppelelement durchläuft.According to one embodiment, the light-emitting semiconductor component comprises a semiconductor chip and a coupling-out element, the semiconductor chip being set up to emit electromagnetic radiation through a radiation surface, the coupling-out element with the second main surface being arranged on the radiation surface, and at least a large part of those emitted by the light-emitting chip Radiation passes through the coupling element.
Gemäß einer Ausführungsform weist die von dem Halbleiterbauteil emittierte elektromagnetische Strahlung einen vorgegebenen Farbort im CIE-Normfarbsystem auf, wobei der X-Wert und/oder der Y-Wert in Abhängigkeit vom Austrittswinkel der elektromagnetischen Strahlung aus dem Auskoppelelement um maximal 0,01 schwankt. Bevorzugt schwankt der X- und/oder Y-Wert in Abhängigkeit vom Austrittswinkel der elektromagnetischen Strahlung um maximal 0,001.According to one embodiment, the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor component has a predefined color location in the CIE standard color system, the X value and / or the Y value fluctuating by a maximum of 0.01 as a function of the angle of emergence of the electromagnetic radiation from the decoupling element. The X and / or Y value preferably fluctuates as a function of the exit angle of the electromagnetic radiation by a maximum of 0.001.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zum Herstellen eines Auskoppelelements, des Auskoppelelements und des lichtemittierenden Bauteils ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages and advantageous refinements and developments of the method for producing a decoupling element, the decoupling element and the light-emitting component result from the following exemplary embodiments illustrated in connection with the figures.
Es zeigen die
Es zeigen die
Es zeigt die
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.Identical, similar or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the proportions of the elements shown in the figures among one another are not to be considered to scale. Rather, individual elements can be shown in an exaggerated size for better representation and / or for better comprehensibility.
Die
Die
Zunächst wird eine erste Siloxan-Schicht
Anschließend wird die erste Siloxan-Schicht
Mittels der Negativstruktur
Die zweite Siloxan-Schicht
In einem folgenden Verfahrensschritt c) wird die optische Schicht
Die
In der
Die
Die Trägerfolie
Wie in der
Das Spannwerkzeug
Die
Wie in
Die erste Siloxan-Schicht
In einem Verfahrensschritt c) wird die optische Schicht
Die
Die
Das Auskoppelelement
Bei der Auskoppelstruktur
Das lichtemittierende Halbleiterbauteil
Von dem Halbleiterbauteil
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not restricted to the exemplary embodiments by the description based on these. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lichtemittierendes HalbleiterbauteilSemiconductor light emitting device
- 9090
- Trennlinieparting line
- 100100
- Auskoppelelementoutcoupling
- 100a100a
- erste Hauptflächefirst main area
- 100b100b
- zweite Hauptflächesecond main area
- 111111
- erste Siloxan-Schichtfirst siloxane layer
- 112112
- zweite Siloxan-Schichtsecond siloxane layer
- 115115
- Auskoppelstrukturoutcoupling
- 118118
- Konversionsmaterialconversion material
- 118a118a
- rot emittierende Konversionsmaterialred emitting conversion material
- 118b118b
- gelb konvertierendes Konversionsmaterialyellow conversion material
- 119119
- Nanopartikelnanoparticles
- 200200
- Trägerfoliesupport film
- 250250
- Negativstrukturnegative structure
- 300300
- Spannwerkzeugclamping tool
- 300a300a
- Befestigungsflächemounting surface
- 301301
- HeitzvorrichtungHeitz device
- 310310
- Kanalchannel
- 400400
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 410410
- Trägercarrier
- 420420
- Bonddrahtbonding wire
- 430430
- Bondpadbonding pad
- 400a400a
- Abstrahlflächeradiating
- LL
- elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
- WW
- Austrittswinkelexit angle
Claims (16)
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---|---|---|---|
DE102018119314.9A DE102018119314A1 (en) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | Process for the production of decoupling elements, decoupling element and light-emitting semiconductor component |
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Publications (1)
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DE102018119314A1 true DE102018119314A1 (en) | 2020-02-13 |
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-
2018
- 2018-08-08 DE DE102018119314.9A patent/DE102018119314A1/en not_active Withdrawn
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