DE112017007578T5

DE112017007578T5 - Lichtemittierende vorrichtung und verfahren zum produzie-ren einerlichtemittierenden vorrichtung

Info

Publication number: DE112017007578T5
Application number: DE112017007578.5T
Authority: DE
Inventors: Choon Kim Lim; Choo Kean Lim; Hui Chiang Teoh
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2020-03-05
Also published as: WO2018215068A1; US11362240B2; US20200105983A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung (100), umfassend einen Halbleiterchip (1) mit einer Hauptabstrahlungsoberfläche (10), die im Betrieb UV-Licht (5) emittiert, einen Leuchtstoff (2), der in dem Strahlungsbündel des UV-Lichts (5) angeordnet ist, der das UV-Licht (5) teilweise absorbiert, wobei der Leuchtstoff (2) das UV-Licht (5) in sichtbares Licht (6) umwandelt, sodass die Vorrichtung gemischtes Licht emittiert, das UV-Licht (5) sowie sichtbares Licht (6) umfasst.

Description

Eine lichtemittierende Vorrichtung wird spezifiziert. Außerdem wird ein Verfahren zum Produzieren einer lichtemittierenden Vorrichtung spezifiziert.
Eine zu erreichende Aufgabe ist es, eine lichtemittierende Vorrichtung zu spezifizieren, die gute Eigenschaften zur Verwendung in medizinischen Anwendungen oder als ein Indikator, der die Betriebsfähigkeit anzeigt, aufweist.
Eine andere zu erreichende Aufgabe ist es außerdem, eine lichtemittierende Vorrichtung zu produzieren, die gute Eigenschaften zur Verwendung in medizinischen Anwendungen oder als ein Indikator, der die Betriebsfähigkeit anzeigt, aufweist.
Diese Aufgabe wird oder diese Aufgaben werden unter anderem mittels einer lichtemittierenden Vorrichtung und mittels eines Verfahrens zum Produzieren einer lichtemittierenden Vorrichtung erreicht, die die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 17 umfassen. Bevorzugte Entwicklungen und vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Vorrichtung einen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip weist eine Hauptabstrahlungsoberfläche auf. Die Hauptabstrahlungsoberfläche emittiert im Betrieb UV-Licht oder mindestens UV-Licht. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst einen Leuchtstoff. Der Leuchtstoff ist in dem Strahlungsbündel des UV-Lichts angeordnet. Der Leuchtstoff absorbiert im Betrieb mindestens teilweise das UV-Licht und wandelt das UV-Licht, insbesondere das absorbierte UV-Licht, in sichtbares Licht um. Daher emittiert die Vorrichtung gemischtes Licht, umfassend das UV-Licht sowie das sichtbare Licht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die lichtemittierende Vorrichtung eine lichtemittierende Diode, insbesondere eine anorganische lichtemittierende Diode (LED).
Die Erfinder haben festgestellt, dass die beschriebene lichtemittierende Vorrichtung vorteilhafte Eigenschaften zur Verwendung in medizinischen Anwendungen aufweist.
Insbesondere umfasst die lichtemittierende Vorrichtung, insbesondere die lichtemittierende Diode, einen Halbleiterchip und mindestens einen Leuchtstoff. Diese Anordnung kann auch eine leuchtstoffintegrierte LED genannt werden, die in der Lage ist, um den Halbleiterchip herum sichtbares Licht, zum Beispiel weißes Licht, zu emittieren. Der Halbleiterchip kann als eine UV-LED ausgeführt sein. Daher alarmiert diese lichtemittierende Vorrichtung den Benutzer, wenn die UV-LED eingeschaltet wird, mit sichtbarem Licht um die UV-LED herum, da UV-Licht für den Benutzer unsichtbar ist.
In Übereinstimmung mit mindestens einer Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Vorrichtung einen oder eine Vielzahl von Halbleiterchips. Der eine oder die mehreren Halbleiterchips umfassen mindestens eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial ist zum Beispiel ein Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder ein Phosphidverbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder ein Arsenidverbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei in jedem Fall 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. In diesem Fall kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe und zusätzliche Bestandteile umfassen. Aus Gründen der Einfachheit werden jedoch ausschließlich 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 werden können.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine oder eine Vielzahl von aktiven Schichten. Die mindestens eine aktive Schicht ist zum Erzeugen einer elektromagnetischen Strahlung, auch Licht genannt, ausgestaltet.
Beispielhaft umfasst die aktive Schicht mindestens einen pn-Übergang oder mindestens eine Quantentopfstruktur. Insbesondere werden die ultraviolette, sichtbare und/oder Nahinfrarot-Strahlung in der aktiven Schicht während des Betriebs des Halbleiterchips erzeugt. Die erzeugte Strahlung in der aktiven Schicht weist eine Spitzenwellenlänge auf. Die Spitzenwellenlänge ist die Wellenlänge, bei der während des Betriebs die höchste Strahlungsintensität, wie beabsichtigt, erzeugt wird.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Hauptabstrahlungsoberfläche auf. Die Hauptabstrahlungsoberfläche ist senkrecht zu der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips angeordnet. Der Halbleiterchip emittiert im Betrieb UV-Licht über die Hauptabstrahlungsoberfläche.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform liegt die Wellenlänge oder die Spitzenwellenlänge des UV-Lichts im Bereich zwischen 280 nm und 380 nm, insbesondere zwischen 315 nm und 380 nm, zum Beispiel 360 nm.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Vorrichtung mindestens einen Leuchtstoff oder eine Mischung aus mindestens zwei Leuchtstoffen. Der Leuchtstoff ist in dem Strahlenbündel des UV-Lichts angeordnet. Insbesondere umfasst der Halbleiterchip neben der Hauptabstrahlungsoberfläche auch Seitenoberflächen, die senkrecht zu der Hauptabstrahlungsoberfläche angeordnet sind. Das UV-Licht wird insbesondere über die Hauptabstrahlungsoberfläche und die Seitenoberflächen emittiert. Der Leuchtstoff ist insbesondere an den Seitenoberflächen angeordnet. Der Leuchtstoff absorbiert teilweise das UV-Licht und wandelt das UV-Licht oder das absorbierte UV-Licht in sichtbares Licht um.
Die lichtemittierende Vorrichtung emittiert gemischtes Licht, das UV-Licht sowie das sichtbare Licht umfasst. Mit anderen Worten ist das gemischte Licht die Summe des emittierten UV-Lichts und des emittierten sichtbaren Lichts.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip Seitenoberflächen auf, die senkrecht zur Hauptabstrahlungsoberfläche angeordnet sind, wobei der Leuchtstoff an den Seitenoberflächen angeordnet ist, wobei ein Maximum von 40 Prozent des UV-Lichts absorbiert wird und ein Maximum von 5 Prozent des absorbierten UV-Lichts vom Leuchtstoff in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip Seitenoberflächen auf, insbesondere vier Seitenoberflächen, wenn der Halbleiterchip als ein Würfel oder Quader ausgeführt ist. Die Seitenoberflächen sind senkrecht zur Hauptabstrahlungsoberfläche angeordnet. Insbesondere ist der Leuchtstoff an den Seitenoberflächen angeordnet. Insbesondere ist der Leuchtstoff als eine Schicht ausgeführt. Die Leuchtstoffschicht weist insbesondere eine Dicke von 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm, 90 µm oder 100 µm als die untere Grenze bis 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm oder 2 mm als die obere Grenze auf.
Ein Maximum von 40 % oder 30 % oder 20 % oder 10 % des UV-Lichts wird von dem Leuchtstoff absorbiert. Zusätzlich wird ein Maximum von 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 % oder 30 % oder 35 % des absorbierten UV-Lichts von dem mindestens einen Leuchtstoff in sichtbares Licht umgewandelt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Vorrichtung zwei Leuchtstoffe. Insbesondere emittieren die Leuchtstoffe Licht mit verschiedenen Spitzenwellenlängen. Zum Beispiel emittiert der erste Leuchtstoff blaues oder grünes Licht, und der zweite Leuchtstoff emittiert rotes oder oranges Licht.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip auf einem Substrat angeordnet. Das Substrat ist insbesondere ein Wachstumssubstrat der Halbleiterschichtenfolge. Ein mögliches Material für das Substrat kann Galliumarsenid, Germanium oder Saphir sein.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird ein Maximum von 30 % des UV-Lichts von dem Leuchtstoff absorbiert. Insbesondere wird ein Maximum von 20 % oder 10 % oder 5 % oder 1 % des UV-Lichts von dem Leuchtstoff absorbiert.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird ein Maximum von 1 %, 2 % oder 3 % des absorbierten UV-Lichts von dem Leuchtstoff in sichtbares Licht umgewandelt.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform emittiert die Vorrichtung im Betrieb zur gleichen Zeit UV-Licht sowie sichtbares Licht.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform emittiert die Vorrichtung im Betrieb das UV-Licht über die Hauptabstrahlungsoberfläche, wobei der Halbleiterchip Seitenoberflächen umfasst, die von dem Leuchtstoff eingebettet sind, wobei die Vorrichtung im Betrieb das sichtbare Licht über die Seitenoberflächen emittiert.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist das sichtbare Licht weißes Licht. Weißes Licht kann durch Mischen von rotem, blauem und grünem Licht und/oder durch Variieren der Intensitäten der individuellen roten, blauen und grünen emittierten Halbleitermaterialien oder Leuchtstoffe produziert werden.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist das sichtbare Licht rotes, grünes oder blaues Licht.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform bildet der Leuchtstoff oder der mindestens eine Leuchtstoff einen Rahmen um die Seitenoberfläche des Halbleiterchips. Der Rahmen kann eine Dicke von 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm, 90 µm oder 100 µm als die untere Grenze bis 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm oder 2 mm als die obere Grenze aufweisen.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wandelt der Leuchtstoff das absorbierte UV-Licht teilweise um (partielle Umwandlung). Im Gegensatz zu einer teilweisen Umwandlung kann eine vollständige Umwandlung bedeuten, dass die Vorrichtung im Betrieb lediglich Licht emittiert, das von dem Leuchtstoff umgewandelt wird.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform grenzt der Leuchtstoff direkt an die Seitenoberflächen der Vorrichtung an. In diesem Zusammenhang bedeutet „grenzt direkt an“, dass keine weiteren Schichten oder Elemente zwischen dem Leuchtstoff oder der Leuchtstoffschicht und den Seitenoberflächen der Vorrichtung angeordnet sind.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform sind die Leuchtstoffe oder der mindestens eine Leuchtstoff in ein organisches Matrixmaterial eingebettet. Ein organisches Matrixmaterial kann zum Beispiel Silikon oder Epoxidharz sein. Der Leuchtstoff kann homogen in das organische Matrixmaterial eingebettet sein. Alternativ dazu kann der Leuchtstoff in dem organischen Matrixmaterial den Konzentrationsgradienten aufweisen. Der Leuchtstoff kann als eine Schicht oder ein Element wie ein Rahmen ausgeführt sein. Insbesondere bildet der Leuchtstoff einen Rahmen um die Seitenoberflächen des Halbleiterchips herum. Die Schicht kann eine homogene Schichtdicke von 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 60 µm, 70 µm, 80 µm, 90 µm oder 100 µm als die untere Grenze bis 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm oder 2 mm als die obere Grenze aufweisen.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eu²⁺-dotierten Nitriden wie (Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺, Sr(Ca,Sr)Si₂Al₂N₆:Eu²⁺, (Sr,Ca)Al-SiN₃*Si₂N₂O:Eu²⁺, (Ca,Ba,Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺, (Sr,Ca)[LiAl₃N₄]:Eu²⁺; Granaten aus dem allgemeinen System (Gd,Lu,Tb,Y)₃(Al,Ga,D)₅(O,X)₁₂:RE mit X = Halogenid, N oder zweiwertiges Element, D = drei- oder vierwertiges Element und RE = Seltenerdmetalle wie Lu₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺, Y₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺; Eu²⁺-dotierten Sulfiden wie (Ca,Sr,Ba)S:Eu²⁺; Eu²⁺-dotierten SiONs wie (Ba, Sr, Ca) Si₂O₂N₂:Eu²⁺; SiAlONs, beispielsweise aus dem System Li_xM_yLn_zSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n; beta-SiAlONs aus dem System Si_6-xAl_zO_yN_o-y:RE_z; Nitrido-Orthosilikaten wie AE_2-x-aRE_xEu_aSiO₄-_xN_x, AE_2-x-aRE_xEu_aSi_1-yO_4-x-2yN_x mit RE = Seltenerdmetall und AE = Erdalkalimetall; Orthosilikaten wie (Ba,Sr,Ca,Mg)₂SiO₄:Eu²⁺; Chlorsilikaten wie Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺; Chlorphosphaten wie (Sr,Ba,Ca,Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺; lumineszierenden BAM-Materialien aus dem BaO-MgO-Al₂O₃-System wie BaMgAl₁₀O₁₇: Eu²⁺; Halogenphosphaten wie M₅(PO₄)₃(Cl,F):(Eu²⁺,Sb³⁺,Mn²⁺); lumineszierenden SCAP-Materialien wie (Sr,Ba,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺. Die in Dokument EP 2 549 330 A1 angeführten Leuchtstoffe oder lumineszierenden Materialien können ebenfalls verwendet werden. In Bezug auf die verwendeten lumineszierenden Materialien wird der Offenbarungsinhalt dieses Dokuments durch Bezugnahme eingeschlossen. „Quantenpunkte“ können des Weiteren auch als Leuchtstoffe eingebracht werden. Quantenpunkte in Form von nanokristallinen Materialien, die eine Verbindung der Gruppe II-VI und/oder eine Verbindung der Gruppe III-V und/oder eine Verbindung der Gruppe IV-VI und/oder Metallnanokristalle enthalten, werden in diesem Fall bevorzugt.
Grundsätzlich ist die Erfindung für die oben genannte Art von Leuchtstoffen nicht spezifisch. Jegliche Leuchtstoffe, die UV-Licht absorbieren und sichtbares Licht emittieren, sind für dieses Konzept geeignet. Dies schließt alle herkömmlichen Leuchtstoffe ein, die in fluoreszierenden Lampen verwendet werden, und jegliche weiße LED, die aus UV-LED austrat
Gemäß mindestens einer Ausführungsform weist das UV-Licht im Vergleich zu der Hauptemissionsrichtung des sichtbaren Lichts eine unterschiedliche Hauptemissionsrichtung auf.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Vorrichtung ein Filtermaterial. Das Filtermaterial absorbiert das UV-Licht, das nicht in sichtbares Licht umgewandelt wird und über die Seitenoberfläche emittiert wird. Das Filtermaterial kann jegliches UV-absorbierende Filtermaterial sein.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform dient das sichtbare Licht als ein Indikator, der für den Benutzer die Betriebsfähigkeit der Vorrichtung anzeigt.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wird die Vorrichtung in medizinischen Anwendungen verwendet. Ultraviolettes Licht weist in der modernen Medizin eine enorme Anzahl nützlicher Anwendungen auf, wie Desinfektion, Dekontamination von Oberflächen, Arzneimittelnachweis, forensische Analyse, Lichttherapie in der Medizin und das Härten von Polymeren. Da UV-Licht in der Regel unsichtbar ist und Menschen gefährden kann, besonders während unbeabsichtigter Exposition, gibt es immer Sicherheitsbedenken mit modernen medizinischen UV-Anwendungen.
Außerdem wird ein Verfahren zum Produzieren einer lichtemittierenden Vorrichtung spezifiziert. Vorzugsweise wird eine lichtemittierende Vorrichtung, wie in Verbindung mit einer oder mehreren der obenstehend erwähnten Ausführungsformen spezifiziert, durch das Verfahren produziert. Daher werden Merkmale des Verfahrens auch für die lichtemittierende Vorrichtung offenbart, und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens oder ausschließlich die folgenden Schritte:

A) Aufbringen von mindestens zwei Halbleiterchips auf ein Substrat, wobei jeder der zwei Halbleiterchips eine Hauptabstrahlungsoberfläche und Seitenoberflächen aufweist,
B) Aufbringen eines UV-Bands auf die Hauptabstrahlungsoberflächen,
C) Einfüllen eines Leuchtstoffs zwischen benachbarten Halbleiterchips, sodass der Leuchtstoff einen Rahmen um die Seitenoberflächen jedes Halbleiterchips herum bildet,
D) Entfernen des UV-Bands und
E) Vereinzeln der in Schritt D) oder C) erwähnten Baugruppe.

Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff in einer organischen Matrix eingebettet und das organische Matrixmaterial mit dem Leuchtstoff wird nach Schritt C) gehärtet.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform ist ein Thermoband zwischen den Halbleiterchips und dem Substrat angeordnet.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform wandelt der Leuchtstoff das UV-Licht teilweise in sichtbares Licht um.
Außerdem wird eine lichtemittierende Vorrichtung spezifiziert. Außerdem werden Merkmale des obenstehend erwähnten Verfahrens und der obenstehend erwähnten lichtemittierenden Vorrichtung auch für die folgende lichtemittierende Vorrichtung offenbart, und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Vorrichtung einen Halbleiterchip mit einer Hauptabstrahlungsoberfläche, die im Betrieb UV-Licht emittiert. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst einen zweiten Halbleiterchip, der im Betrieb sichtbares Licht emittiert. Die lichtemittierende Vorrichtung emittiert gemischtes Licht, das das Licht des ersten Halbleiterchips (das UV-Licht) sowie das Licht des zweiten Halbleiterchips (das sichtbare Licht) umfasst. Insbesondere sind der erste und der zweite Halbleiterchip als eine Leuchtdiode ausgeführt. Der Erfinder hat auch festgestellt, dass anstelle des Verwendens eines in einem Halbleiterchip integrierten Leuchtstoffs, der UV-Licht emittiert (UV-LED), zwei Halbleiterchips, insbesondere zwei Leuchtdioden (eine UV-LED und eine sichtbare LED), UV-Sicherheitsbedenken auflösen.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst der zweite Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge, die ausgestaltet ist, um sichtbares Licht zu erzeugen. Bei sachgemäßer Verwendung erzeugt die Halbleiterschichtenfolge farbiges oder weißes Licht. Die Halbleiterschichtenfolge kann wahlweise zusätzlich einen Bruchteil der Strahlung im ultravioletten und/oder im nahen Infrarotbereich des Spektrums erzeugen. Der sichtbare Bereich des Spektrums wird in dem vorliegenden Fall als insbesondere in dem Wellenlängenbereich zwischen inklusive 400 nm und 720 nm liegend betrachtet. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst vorzugsweise eine Leuchtdioden-Schichtenfolge.
In Übereinstimmung mit mindestens einer Ausführungsform umfasst der erste und/oder zweite Halbleiterchip mindestens eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert vorzugsweise auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial ist zum Beispiel ein Nitridverbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder ein Phosphidverbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder ein Arsenidverbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei in jedem Fall 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. In diesem Fall kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe und zusätzliche Bestandteile umfassen. Aus Gründen der Einfachheit werden jedoch ausschließlich 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 werden können.
Der Beginn der Erfindung ist, dass UV-Licht, das von UV-LEDs erzeugt wird, gefährlich ist, da es für menschliche Augen nicht sichtbar ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Leuchtstoffe hinzugefügt, sodass ein Teil der Lichter als Indikatoren in sichtbare Lichter umgewandelt werden. Gemäß einem anderen Aspekt oder einer Ausführungsform der Erfindung können einzelne UV-Chips oder eine Vielzahl verwendet werden. Für UV-Systeme mit höherer Leistung könnte mehr als 1 Chip im Modul vorliegen.
Eine lichtemittierende Vorrichtung und ein Verfahren zum Produzieren einer hier beschriebenen lichtemittierenden Vorrichtung werden nachstehend auf der Grundlage von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher erläutert. In diesem Fall geben identische Bezugszeichen identische Elemente in den individuellen Figuren an.
In diesem Fall sind maßstäbliche Beziehungen nicht dargestellt. Stattdessen können individuelle Elemente mit einer übertriebenen Größe dargestellt sein, um ein besseres Verständnis zu ermöglichen.

1 und 2 zeigen eine schematische Veranschaulichung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
3A bis 3F und 4A bis 4F zeigen eine schematische Veranschaulichung eines Verfahrens zum Produzieren einer hierin beschriebenen lichtemittierenden Vorrichtung.

1 zeigt eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 umfasst einen Halbleiterchip 1 mit einer Hauptabstrahlungsoberfläche 10, die im Betrieb UV-Licht 5 emittiert.
Der Halbleiterchip 1 umfasst Seitenoberflächen 11. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 umfasst einen Leuchtstoff 2, der in direktem Kontakt mit den Seitenoberflächen 11 des Halbleiterchips 1 steht.
Insbesondere bedeckt der Leuchtstoff 2 die Seitenoberflächen 11 des Halbleiterchips 1 vollständig.
Alternativ dazu bedeckt der Leuchtstoff 2 die Seitenoberflächen 11 des Halbleiterchips 1 teilweise (hier nicht gezeigt).
Der Leuchtstoff 2 ist in dem Strahlenbündel des UV-Lichts 5 angeordnet und absorbiert mindestens teilweise das UV-Licht 5 und wandelt das absorbierte UV-Licht in sichtbares Licht 6 um.
Die Vorrichtung emittiert gemischtes Licht, das UV-Licht 5 sowie sichtbares Licht 6 umfasst. Insbesondere emittiert die lichtemittierende Vorrichtung zur gleichen Zeit UV-Licht 5 sowie sichtbares Licht 6.
Insbesondere sind die Hauptrichtungen des sichtbaren Lichts 6 und des UV-Lichts 5 unterschiedlich. Insbesondere wird das sichtbare Licht 6 über die Seitenoberflächen 11 des Halbleiterchips 1 emittiert. Das UV-Licht 6 wird über die Hauptoberfläche 10 des Halbleiterchips 1 emittiert.
Daher alarmiert die lichtemittierende Vorrichtung den Benutzer, wenn der Halbleiterchip 1 eingeschaltet wird, weil das sichtbare Licht 6 um den Halbleiterchip 1 herum zur gleichen Zeit Licht emittiert, wenn das UV-Licht 5 im Betrieb emittiert wird. Das UV-Licht 5 ist für den Benutzer unsichtbar.
Wahlweise wird die lichtemittierende Vorrichtung oder der Halbleiterchip 1 der lichtemittierenden Vorrichtung 100 auf einem Substrat 4, zum Beispiel Galliumarsenid, angeordnet.
2 zeigt eine Seitenansicht einer schematischen Veranschaulichung einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der Erfindung.
Die lichtemittierende Vorrichtung 100 umfasst wahlweise ein Substrat 4, auf dem ein Halbleiterchip 1 angeordnet ist. Die Seitenoberflächen 11 des Halbleiterchips 1 stehen vollständig in direktem Kontakt mit dem Leuchtstoff 2.
Der Leuchtstoff 2 ist in einem organischen Matrixmaterial 3, zum Beispiel Silikon, eingebettet. Der Halbleiterchip 1 emittiert UV-Licht 5 über die Hauptabstrahlungsoberfläche 10 und die Seitenoberflächen 11. Das über die Seitenoberflächen 11 emittierte UV-Licht 5 wird teilweise von dem Leuchtstoff 2 absorbiert und wird von dem Leuchtstoff in sichtbares Licht 6 umgewandelt. Daher emittiert die lichtemittierende Vorrichtung 100 UV-Licht 5, insbesondere über die Hauptabstrahlungsoberfläche 10, sowie als sichtbares Licht 6, insbesondere über die Seitenoberflächen 11.
Daher kann, wenn ein Benutzer die lichtemittierende Vorrichtung 100 einschaltet, das unsichtbare UV-Licht sowie das sichtbare Licht von dem Benutzer gesehen werden. Daher ist das sichtbare Licht der Indikator für das UV-Licht. Da UV-Licht gewöhnlich unsichtbar ist und besonders während unbeabsichtigter Exposition Menschen gefährden könnte, gibt es bei modernen medizinische UV-Anwendungen immer Sicherheitsbedenken. Insbesondere werden die Augen des Benutzers durch die lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der Erfindung geschützt.
3A bis 3F zeigen ein Verfahren zum Produzieren einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß dieser Erfindung.
3A zeigt ein Substrat 4, auf dem mindestens zwei Halbleiterchips 1, hier sechs Halbleiterchips, angeordnet sind. Jeder der Halbleiterchips 1 weist eine Hauptabstrahlungsoberfläche 10 auf, die von dem Substrat 4 und den Seitenoberflächen weg gewandt ist.
Nach dem Aufbringen der Halbleiterchips auf das Substrat 4, wie in 3A gezeigt, wird auf die Hauptabstrahlungsoberfläche jedes der Halbleiterchips ein UV-Band 7 aufgebracht (3B). Insbesondere wird ein UV-Band auf den Hauptabstrahlungsoberflächen aller Halbleiterchips angeordnet.
Wie in 3C gezeigt, wird der Leuchtstoff 2 zwischen benachbarten Halbleiterchips 1 eingefüllt, sodass der Leuchtstoff einen Rahmen um die Seitenoberflächen 11 jedes Halbleiterchips bildet.
Wie in 3D gezeigt, wird das UV-Band 7 entfernt. Nach dem Entfernen des UV-Bandes 7 werden die Halbleiterchips 1 wie in 3E gezeigt vereinzelt 9.
Am Ende des Verfahrens wird eine lichtemittierende Vorrichtung 100 produziert, die die Merkmale wie mindestens in Basisanspruch 1 erwähnt umfasst. In diesem Fall umfasst die lichtemittierende Vorrichtung ein Substrat 4, einen Halbleiterchip 1 mit zwei elektrischen Kontakten 12 und einen Rahmen aus Leuchtstoff 2, der direkt auf den Seitenoberflächen 11 des Halbleiterchips 1 angeordnet ist.
4A bis 4F zeigen ein Verfahren zum Produzieren einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Gemäß 4A wird ein Thermoband 8 auf dem Substrat 4 angeordnet. Halbleiterchips 1 werden auf dem Thermoband 8 angeordnet.
Wie in 4B gezeigt, wird auf die Hauptabstrahlungsoberflächen 10 der Halbleiterchips 1 ein UV-Band 7 aufgebracht.
Wie in 4C gezeigt, wird der Leuchtstoff 2 zwischen benachbarten Halbleiterchips 1 eingefüllt, sodass der Leuchtstoff einen Rahmen um die Seitenoberflächen 11 jedes Halbleiterchips 1 bildet.
Wie in 4D gezeigt, wird das UV-Band entfernt und die Baugruppe, wie in 4D produziert, wird vereinzelt 9.
Insbesondere werden das Thermoband 8 und das Substrat 4 nicht vereinzelt.
Wie in 4F gezeigt, produziert das Verfahren eine lichtemittierende Vorrichtung 100, die einen Halbleiterchip 1 und einen Leuchtstoff 2 und elektrische Kontakte 12 umfasst. Im Gegensatz zu der Vorrichtung von 3F umfasst die lichtemittierende Vorrichtung 100 von 4F kein Substrat 4. Mit anderen Worten ist die lichtemittierende Vorrichtung 100 von 4F frei von einem Substrat 4.
Der Erfinder hat festgestellt, dass nur ein Halbleiterchip benötigt wird, um UV-Licht und sichtbares Licht zu emittieren. Eine kleine Packungsgrundfläche ist möglich. Die Emission von sichtbarem Licht um die UV-LED herum kann den Sicherheitsfaktor moderner medizinischer Anwendungen weiter verbessern.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung auf der Grundlage der beispielhaften Ausführungsformen eingeschränkt. Die Erfindung umschließt stattdessen jegliche neuartigen Merkmale und auch jegliche Kombination von Merkmalen, die insbesondere jegliche Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination nicht explizit in den Patentansprüchen oder beispielhaften Ausführungsformen spezifiziert ist.
Bezugszeichenliste

100: lichtemittierende Vorrichtung
1: Halbleiterchip
2: Leuchtstoff
3: Matrixmaterial
4: Substrat
5: UV-Licht
6: sichtbares Licht
7: UV-Band
8: Thermoband
9: Vereinzelung
10: Hauptoberfläche
11: Seitenoberflächen
12: elektrischer Kontakt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2549330 A1 [0031]

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung (100), umfassend - einen Halbleiterchip (1) mit einer Hauptabstrahlungsoberfläche (10), die im Betrieb UV-Licht (5) emittiert, - einen Leuchtstoff (2), der in dem Strahlungsbündel des UV-Lichts (5) angeordnet ist, teilweise das UV-Licht (5) absorbiert, wobei der Leuchtstoff (2) das UV-Licht (5) in sichtbares Licht (6) umwandelt, sodass die Vorrichtung gemischtes Licht emittiert, umfassend das UV-Licht (5) sowie sichtbares Licht (6).
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterchip (1) Seitenoberflächen (11) aufweist, die senkrecht zur Hauptabstrahlungsoberfläche (10) angeordnet sind, wobei der Leuchtstoff (2) an den Seitenoberflächen (11) angeordnet ist, wobei ein Maximum von 40 Prozent des UV-Lichts (5) absorbiert wird und ein Maximum von 5 Prozent des absorbierten UV-Lichts (5) von dem Leuchtstoff (2) in sichtbares Licht (6) umgewandelt wird.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (1) auf einem Substrat (4) angeordnet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Maximum von 30 Prozent des UV-Lichts (5) von dem Leuchtstoff (2) absorbiert wird.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei ein Maximum von 3 Prozent des absorbierten UV-Lichts (5) von dem Leuchtstoff (2) in sichtbares Licht (6) umgewandelt wird.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung im Betrieb zur gleichen Zeit UV-Licht (5) sowie sichtbares Licht (6) emittiert.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, die im Betrieb das UV-Licht (5) über die Hauptabstrahlungsoberfläche (10) emittiert, wobei der Halbleiterchip (1) von dem Leuchtstoff (2) eingebettete Seitenoberflächen (11) umfasst, wobei die Vorrichtung im Betrieb das sichtbare Licht (6) über die Seitenoberflächen (11) emittiert.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das sichtbare Licht (6) weißes Licht ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das sichtbare Licht (6) rotes, grünes oder blaues Licht ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wellenlänge des UV-Lichts (5) im Bereich zwischen 280 nm und 380 nm liegt.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (2) einen Rahmen um die Seitenoberflächen (11) des Halbleiterchips (1) herum bildet.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (2) direkt an die Seitenoberflächen (11) der Vorrichtung angrenzt.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (2) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eu²⁺-dotierten Nitriden, Granaten, Eu²⁺-dotierten Sulfiden, Eu²⁺-dotierten SiONs, SiAlONs, beta-SiAlONs, Nitrido-Orthosilikaten, Orthosilikaten, Chlorsilikaten, Chlorphosphaten, lumineszierenden BAM-Materialien, Halogenphosphaten, lumineszierenden SCAP-Materialien, Quantenpunkten.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (2) in ein organisches Matrixmaterial (3) eingebettet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das sichtbare Licht (6) als ein Indikator dient, der die Betriebsfähigkeit der Vorrichtung für den Benutzer anzeigt.
Lichtemittierende Vorrichtung (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, die in medizinischen Anwendungen verwendet wird.
Verfahren zum Produzieren einer lichtemittierenden Vorrichtung (100), umfassend die Schritte: A) Aufbringen von mindestens zwei Halbleiterchips (1) auf ein Substrat (4), wobei jeder der zwei Halbleiterchips (1) eine Hauptabstrahlungsoberfläche (10) und Seitenoberflächen (11) aufweist, B) Aufbringen eines UV-Bands (7) auf die Hauptabstrahlungsoberflächen (10), C) Einfüllen eines Leuchtstoffes (2) zwischen benachbarten Halbleiterchips (1), sodass der Leuchtstoff (2) einen Rahmen um die Seitenoberflächen (11) jedes Halbleiterchips (1) herum bildet, D) Entfernen des UV-Bands(7) und E) Vereinzeln (9) der Baugruppe.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Leuchtstoff (2) in einem organischen Matrixmaterial (3) eingebettet wird und das organische Matrixmaterial (3) mit dem Leuchtstoff (2) nach Schritt C) gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei ein Thermoband (8) zwischen den Halbleiterchips (1) und dem Substrat (4) angeordnet ist.