DE112019004137T5 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung einesoptoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung einesoptoelektronischen bauelements Download PDF

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Darshan Kundaliya
Adam Scotch
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Abstract

Die Anmeldung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauelement, das einen Halbleiterchip mit einer Vielzahl von Pixeln umfasst, wobei jedes Pixel elektromagnetische Primärstrahlung aus einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, wobei auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen Konversionsschichten aufgebracht sind,
wobei die Konversionsschichten eine quervernetzte Matrix mit einem dreidimensionalen Netzwerk auf Siloxanbasis und mindestens einen in die Matrix eingebetteten Leuchtstoff umfassen. Die Konversionsschichten haben eine Dicke von ≤ 30 µm.

Description

  • Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
  • Bei bestimmten Beleuchtungsanwendungen mit lichtemittierenden Dioden (LED) oder Laserdioden (LD), wie z.B. Vorwärtsbeleuchtung in Kraftfahrzeugen, Display-Beleuchtung oder Informationsschutz, besteht die Notwendigkeit, die Lichtquelle fein zu pixelieren, um das Licht genau dorthin zu leiten und aktiv zu verändern, wohin es gerichtet wird. Wenn das erforderliche Pixel für eine bestimmte Anwendung beispielsweise weniger als etwa 300 µm lang ist, muss es möglich sein, ein Konversionselement, das ein Phosphormaterial enthält, in unmittelbarer Nähe der pixelierten Lichtquelle, wie z.B. einer pixelierten LED, zu platzieren und gleichzeitig eine optische Trennung zwischen benachbarten Pixeln beizubehalten, um ein Übersprechen zu verhindern. In diesem Zusammenhang bezieht sich das Übersprechen darauf, wie viel Licht, das von einem Pixel erzeugt wird, sich durch ein Konversionselement auf benachbarte Pixel ausbreitet. Weitere Anforderungen an Konversionselemente von pixelierten Beleuchtungsanwendungen sind z.B. Farbgleichmäßigkeit und thermische Stabilität.
  • Beispielsweise können bekannte keramische, einkristalline und Dünnschicht-basierte Konversionselemente nicht das erforderliche Spektrum von einem einzelnen Konversionselement, z.B. einem Down-Konversionselement, erzeugen, wenn mehr als ein Phosphor benötigt wird. Außerdem benötigen sie alle eine Klebstoffschicht, was für das Übersprechen und das thermische Management nachteilig ist. Einkristalle sind möglicherweise nicht einmal in der Lage, für Einzelphosphor-Anwendungen zu arbeiten, da sie nur sehr wenige Aktivatorionen in sich selbst tolerieren können. Bei solch geringen Schichtdicken ist es je nach Phosphor unter Umständen nicht möglich, genügend Aktivator einzubauen, um den gewünschten Farbpunkt zu erreichen. Phosphor-in-Silikon-, Phosphor-in-Glas- und Phosphor-auf-Glas-Down-Konversionselemente können mit einigen Einschränkungen mehrere Phosphorzusammensetzungen, d.h. Phosphormischungen, aufnehmen, aber die Phosphor-in/auf-Glas-Optionen erfordern eine Klebstoffschicht mit den oben erwähnten Nachteilen.
  • Bekannte rote LED- oder Laserdioden-Leuchtstoffe basieren auf Nitridwirten. Die Nitride werden leicht beschädigt, wenn sie erhöhten Temperaturen an der Luft ausgesetzt werden. Sogar die am niedrigsten schmelzenden Gläser benötigen Hunderte von Grad Celsius, um sie fließfähig zu machen, so dass es nicht einfach ist, einen Nitrid-Phosphor in Glas einzubauen, ohne dass der Phosphor zumindest etwas beschädigt wird. Rote Phosphore lassen sich zwar leicht in Standard-Silikonmatrizen einmischen, aber diese Matrizen sind unter den erforderlichen hohen Wärme- und Flussbedingungen nicht stabil.
  • Mikropixel-Beleuchtungsanwendungen mit einer Pixelgröße von etwa 300 µm erfordern sehr dünne Konversionselemente, d.h. ≤ 20 µm. Eine derart geringe Dicke führt zu Komplikationen mit traditionellen Konverterelementtypen. Einkristall-, Keramik- und die Phosphor-in/auf-Glas-Konverter sind bei diesen Dicken alle sehr zerbrechlich, was die Handhabung schwierig, wenn nicht gar unmöglich machen würde. Der Dünnfilm-Phosphor wird normalerweise auf einen Trägerwafer aufgebracht, um die Handhabungsschwierigkeiten zu umgehen, aber der Trägerwafer muss später durch einen zusätzlichen Schritt entfernt werden, was möglich, aber teuer und schwierig ist.
  • Zur Überwindung der oben genannten Probleme werden ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserten Eigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit verbesserten Eigenschaften bereitgestellt. Ausführungsformen des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand der Beschreibung in den abhängigen Ansprüchen.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein optoelektronisches Bauelement zur Verfügung gestellt. Das Bauelement umfasst einen Halbleiterchip, der eine Vielzahl von Pixeln umfasst, wobei jedes Pixel elektromagnetische Primärstrahlung aus einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, wobei auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen Konversionsschichten aufgebracht sind, wobei die Konversionsschichten eine quervernetzte Matrix mit einem dreidimensionalen Netzwerk auf Siloxanbasis und mindestens einen in die Matrix eingebetteten Leuchtstoff umfassen, wobei die Konversionsschichten eine Dicke von ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 20 µm, aufweisen.
  • Die elektromagnetische Primärstrahlung kann eine sichtbare Strahlung oder eine unsichtbare Strahlung sein. Gemäß einer Ausführungsform ist die elektromagnetische Primärstrahlung eine sichtbare Strahlung, zum Beispiel mit Wellenlängen im blauen Spektrum. Die Pixel des Halbleiterchips können die gleiche elektromagnetische Primärstrahlung aussenden.
  • Die Konversionsschicht ist als eine Schicht zu verstehen, die die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und dann eine elektromagnetische Sekundärstrahlung emittiert. Die Wellenlängenbereiche der Primär- und der Sekundärstrahlung können sich voneinander unterscheiden oder es kann eine signifikante Überlappung zwischen den absorbierten und den emittierten Wellenlängen bestehen. Die Absorption und die Emission der Wellenlänge erfolgt durch den mindestens einen Phosphor, der in die Konversionsschicht eingearbeitet ist. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die elektromagnetische Sekundärstrahlung Wellenlängen, die länger sind als die Wellenlänge der elektromagnetischen Primärstrahlung. In diesem Fall ist die Konversionsschicht eine Down-Konversions-Schicht.
  • Die Konversionsschicht kann gemäß einer Ausführungsform z.B. separat auf einem Substrat hergestellt und dann in einem nachfolgenden Schritt in das optoelektronische Bauelement eingebaut werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird sie in situ auf jedem Pixel des Halbleiterchips des optoelektronischen Bauelements hergestellt.
  • Die Pixel des Halbleiterchips sind als einzeln steuerbare Teile des Halbleiterchips zu verstehen, die jeweils elektromagnetische Primärstrahlung aussenden. Einer Ausführungsform entsprechend emittieren alle Pixel blaue Strahlung.
  • Die auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen aufgebrachten Konversionsschichten sind gemäß einer Ausführungsform in direktem mechanischen Kontakt mit dem Halbleiterchip.
  • Unter „auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen“ ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass zumindest einige der Pixel des Halbleiterchips eine Konversionsschicht aufweisen. In einer Ausführungsform weisen alle Pixel eine Konversionsschicht auf.
  • Jede Konversionsschicht umfasst eine Größe, die der Größe eines Pixels entspricht, d.h. dem Querschnitt eines Pixels. Mit anderen Worten, ist jede Konversionsschicht in mechanischem Kontakt mit nur einem Pixel des Halbleiterchips.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement ein mikropixeliertes optoelektronisches Bauelement. Somit kann jedes Pixel eine Größe von ≤ 300 µm in der Länge haben.
  • Die Konversionsschicht des optoelektronischen Bauelements erfüllt alle Anforderungen für die Anwendung in einer gepixelten, insbesondere einer mikropixelierten Lichtquelle. So hat sie eine Dicke von ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 20 µm, und ist direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips platziert. Darüber hinaus bietet sie ein breites Spektrum an emittierter Wellenlänge, die durch die Möglichkeit, einen Phosphor oder eine Mischung von Phosphoren einzubauen, eine Farbe nach Bedarf liefert. Ihr Herstellungsprozess erfordert keine hohen Temperaturen oder Lösungsmittel, so dass die Konversionsschicht mit fast allen Leuchtstoffen und deren Mischungen kompatibel ist, so dass verschiedene Farben von Blau bis Rot, einschließlich Kombinationen z.B. Kalt- und Warmweißmischungen, möglich sind. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen keramischen, einkristallinen und von der Abscheidung abgeleiteten Dünnschichtkonvertern, bei denen Phosphormischungen nicht anwendbar sind.
  • Durch die direkte Platzierung auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips wird das Übersprechen zwischen den Pixeln im Vergleich zu einer Situation, in der eine Konverterschicht auf einen Halbleiterchip geklebt werden muss, minimiert.
  • Auch die Langzeitstabilität gegen Feuchtigkeit und bei hohem einfallenden blauen Lichtstrom, d.h. der elektromagnetischen Primärstrahlung, von ≥ 1,5 A/mm2 wird durch die Konversionsschicht des optoelektronischen Bauelements verbessert.
  • Zusätzlich wird mit dieser Konversionsschicht auch die Farbgleichmäßigkeit von Pixel zu Pixel verbessert. Zulässige Unterschiede in den Farbpunkten von Pixel zu Pixel können je nach Anwendung und Pixelauflösung variieren, aber wie bei anderen Lichtquellen ist es wünschenswert, dass die meisten Menschen nicht in der Lage sind, die Farben des von verschiedenen Pixeln erzeugten Lichts zu unterscheiden. Eine grobe Richtlinie wäre, dass alle Pixel innerhalb des Bauelenents Farbpunkte haben sollten, die in eine dreistufige MacAdam-Ellipse passen. Dies ist eine Herausforderung für Konversionsschichten, insbesondere für Downkonversionsschichten, die aus Phosphorpartikeln in einer Polymermatrix bestehen, wobei die Partikel eine ähnliche Größe haben wie die Dicke der Konversionsschicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Pixel eine Pixel-zu-Pixel-Periode von ≤ 125 µm. Somit kann das optoelektronische Bauelement eine mikropixelierte Beleuchtungsanwendung sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die quervernetzte Matrix einen organischen Anteil von weniger als 40 Gew.-% der Konversionsschicht. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der organische Gehalt weniger als oder gleich 20 Gew.-% der Konversionsschicht. Zum Beispiel beträgt der organische Gehalt etwa 15 Gew.-% der Konversionsschicht. Dies ist ein stark reduzierter organischer Gehalt im Gegensatz zu dem, der in einem typischen Methylsilikon mit Bindung vom Typ D-Einheit zu finden ist. Der verringerte organische Gehalt kann durch eine erhöhte Anzahl von Quervernetzungen in der Matrix und eine verringerte Anzahl von Seitenketten erreicht werden, indem ein (Poly)siloxan verwendet wird, das hauptsächlich auf einer T-Einheit-Bindungen basiert. D-Einheit und T-Einheit beziehen sich hier auf die relative Anzahl der Sauerstoff- und Kohlenstoffatome, die an jedes Siliziumatom im (Poly)siloxan gebunden sind. Eine D-Einheit beschreibt die Bindungssituation, bei der das Siliziumatom an zwei Sauerstoffatome und zwei Kohlenstoffatome gebunden ist. Eine T-Einheit beschreibt die Bindungssituation, bei der das Siliziumatom an drei Sauerstoffatome und ein Kohlenstoffatom gebunden ist.
  • Bei Beleuchtungsanwendungen wie der Vorwärtsbeleuchtung von Fahrzeugen und Projektion führen die hohen Lichtströme zu hohen Temperaturen. Diese hohen Temperaturen erfordern, dass die Materialien, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, wie dies bei den Konversionsschichten der Fall ist, für die Lebensdauer des Bauelements, die voraussichtlich bis zu 10.000 Stunden oder noch länger betragen wird, thermisch stabil sind. Standardmäßige optische Silikone sind aus diesem Grund als Phosphormatrix nicht ideal. Sie sind bei dieser Technologie ein limitierender Faktor, da die Temperatur unter 150 bis 200 °C gehalten werden muss, da sie sich sonst schnell abbauen.
  • Aufgrund des relativ geringen Anteils an organischem Material im dreidimensionalen Netzwerk der Konversionsschicht ist es thermisch stabiler als ein analoges Material auf der Basis einer optischen Standard-Silikon-Matrix mit einem organischen Anteil von etwa 60 Gew.-%. Die thermische Stabilität kann eine Langzeit-Temperaturstabilität auch bei Temperaturen von mehr als 200 °C sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die quervernetzte Matrix aus einem Vorläufermaterial hergestellt, das einen Vorläufer mit einer Struktur umfasst, die aus einer der allgemeinen Formeln
    Figure DE112019004137T5_0001
    ausgewählt ist, wobei
    R1 und R2 - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht,
    R11, R12 und R13 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus H, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht, und
    R3 und R4 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkoxy, Vinyl, Hydroxyl, Carbonsäure, Ester, H, Alkyl, Aryl, substituiertem Alkoxy, substituierter Carbonsäure, substituiertem Ester, substituiertem Vinyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Aryl und Kombinationen daraus besteht,
    R1 und R2 und R11, R12 und R13 umfassen einen Alkoxygehalt im Bereich von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Gesamtformel.
  • Mit anderen Worten, umfasst das Vorläufermaterial für die quervernetzte Matrix einen substituierten Polysiloxanvorläufer oder einen substituierten Polysilazanvorläufer. Das Rückgrat des Polysiloxanvorläufers umfasst alternierende Silizium- und Sauerstoffatome, das Rückgrat des Polysilazanvorläufers umfasst alternierende Silizium- und Stickstoffatome. Typischerweise ist der Vorläufer bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit, wenn es sich um ein Polysiloxan handelt. In einigen Fällen ist eine geringe Menge Lösungsmittel erforderlich, damit der Polysilazanvorläufer in flüssiger Form vorliegt. Das dreidimensionale Netzwerk wird aus dem flüssigen oder lösungsbasierten Vorläufer gebildet. Wenn das Material ausgehärtet ist, ist es ein hochgradig quervernetztes Netzwerk, das hauptsächlich aus Siloxanbindungen besteht.
  • R1 und R2 bzw. R11, R12 und R13 sind gemäß einer Ausführungsform aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Methyl, Methoxy, Ethyl, Ethoxy, Phenyl, Phenoxy, Vinyl und Trifluorpropyl besteht. In einer weiteren Ausführungsform sind R1 und R2 bzw. R11, R12 und R13 unabhängig voneinander Methyl und Methoxy.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfassen R1 und R2 bzw. R11, R12 und R13 einen Alkoxygehalt, beispielsweise einen Methoxygehalt, im Bereich von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, vorteilhafterweise im Bereich von 15 Gew.-% bis 45 Gew.-%, noch vorteilhafter im Bereich von 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%. Zum Beispiel kann eine Wiederholungseinheit eines Vorläufers die generische Formel umfassen, wobei die Anzahl der Wiederholungseinheiten n variieren kann und ein beispielhafter Methoxygehalt etwa 32 Gew.-% beträgt:
    Figure DE112019004137T5_0002
  • Jede andere Kombination eines Polysiloxanrückgrats oder eines Polysilazanrückgrats mit Alkyl-, zum Beispiel Methyl-, und Alkoxy-, zum Beispiel Methoxy-Seitengruppen ist ebenfalls möglich. Beispielsweise könnte ein Siliziumatom mit zwei Methyl- oder zwei Methoxygruppen substituiert sein, solange der gesamte Alkoxy-Gehalt aller Vorläuferverbindungen im Vorläufermaterial in den oben genannten Bereichen liegt, um genügend reaktive Gruppen für den Aufbau der quervernetzten Matrix zu haben.
  • Das Vorläufermaterial kann auch teilweise reagiert sein und eine beispielhafte Struktur aufweisen, wie in der allgemeinen Formel gezeigt:
    Figure DE112019004137T5_0003
  • Die baumelnden Bindungen könnten auf eine Fortsetzung der Struktur oder eine Endgruppe hinweisen. In einem teilweise reagierten Vorläufer wird der Methoxygehalt niedriger sein als bei dem nicht reagierten Vorläufer, und die Viskosität kann daher höher sein.
  • Die Endgruppen des Polysiloxanvorläufers und des Polysilazanvorläufers, d.h. R3 und R4, umfassen gemäß einer Ausführungsform unabhängig voneinander chemisch reaktive Gruppen wie z.B. Alkoxy, Vinyl, Hydroxyl, Carbonsäure, Ester oder jede andere der aus der organischen Chemie bekannten reaktiven funktionellen Gruppen. In anderen Ausführungsformen können die Endgruppen weniger reaktiv sein, wie z.B. Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder andere Alkyl- oder Arylgruppen.
  • Die Eigenschaften der Matrix und damit der Konversionsschicht können durch Modifikation des Vorläufermaterials eingestellt werden. In den oben gezeigten Vorläufereinheiten ist die reaktive Gruppe eine Alkoxygruppe, die zu gleichen Teilen durch R1, R2, R11, R12 und/oder R13 dargestellt werden kann. Neben den Gruppen R1, R2, R11, R12 und R13 können die Endgruppen R3 und R4 sowie die Anzahl der Wiederholungseinheiten n variiert werden. Selbst mit dieser Anzahl n können die Eigenschaften des Matrixmaterials verändert werden. Beispielsweise führt ein niedrigeres n im Allgemeinen zu einer niedrigeren Viskosität und ein höheres n zu einer höheren Viskosität des Vorläufers.
  • Die Wiederholungszahl n wird entsprechend einer Ausführungsform so gewählt, dass die Viskosität des Vorläufers im Bereich von 1 bis 150 mPas, vorteilhaft im Bereich von 1 bis 60 mPas und noch vorteilhafter im Bereich von 2 bis 40 mPas liegt. Im Falle von Methylmethoxypolysiloxan kann beispielsweise weniger als 40 mPas betragen. Auf diese Weise werden Vorläufer mit niedrigem Molekulargewicht bereitgestellt. Zum Beispiel kann n so gewählt werden, dass es < 10 ist. Aufgrund der relativ niedrigen Viskosität des Vorläufers ist eine hohe Konzentration von Leuchtstoffen in der Matrix möglich.
  • Eine weitere generische Formel des reaktiven Polysiloxanvorläufers lautet:
    Figure DE112019004137T5_0004
  • T1 und T2 stellen Endgruppen dar, die gleich R3 und R4 der oben gezeigten generischen Formel sind. P1, P2, P3 und P4 sind Seitengruppen. Die Indizes n und m stellen die relativen Zahlenbrüche der entsprechenden Monomergruppen in der Vorläuferformel dar. Sie beträgt 0 < n ≤ 1 und 0 ≤ m < 1, und n + m = 1. In einigen Ausführungsformen können die P-Gruppen und T-Gruppen alle gleich sein, z.B. eine Methylgruppe. In anderen Ausführungsformen könnte jede funktionelle Gruppe eine andere Gruppe sein. In noch anderen Ausführungsformen könnten einige der Gruppen gleich und andere unterschiedlich sein. In einigen Fällen könnte eine der Gruppen aus mehr als einer funktionellen Gruppe bestehen. Alle Definitionen für Substituenten und Eigenschaften entsprechen den Definitionen und Eigenschaften, wie sie in Bezug auf die oben gezeigten generischen Formeln des Vorläufermaterials erwähnt wurden.
  • Zum Beispiel ist gemäß einer Ausführungsform m = 0, P1 = Methyl und P2 = Methyl.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist m = 0, P1 = Methyl und P2 ist eine Kombination von Methyl und Phenyl.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel des Polysiloxan-Vorläufers ist m = 0, P2 entweder ein Methyl, ein Phenyl oder eine Kombination aus beiden, P1 ist Ethyl, mit einem Ethoxy-Gehalt von 10 bis 50 Gew.-%, aber bevorzugter 20 bis 30 Gew.-%, und einer Viskosität im Bereich von 30 bis 70 mPas. Eine kleine Menge Lösungsmittel kann in dieser Ausführungsform vorhanden sein.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel des Polysiloxan-Vorläufers ist m = 0, P2 eine Kombination aus Methyl und Phenyl und P1 eine Methylgruppe. Ein Methoxy-Gehalt von 10 bis 20 Gew.-% wird zusammen mit einer Viskosität von 50 bis 150 mPas bevorzugt.
  • Gemäß einer Ausführungsform zufolge weist die quervernetzte Matrix ein dreidimensionals Netzwerk auf Siloxanbasis mit der generischen Formel
    Figure DE112019004137T5_0005
    auf, wobei jedes R - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Gruppe besteht, die für R1, R2, R3, R4, R11, R12, R13 oder irgendeine Kombination daraus aufgeführt ist, und die hängenden Bindungen - unabhängig voneinander - repräsentativ für eine Fortsetzung des Netzwerks oder eine der für R1, R2, R3, R4, R11, R12, R13 aufgeführten Gruppen sind. Ein solches quervernetztes Matrixmaterial kann entstehen, unabhängig davon ob ein Polysiloxanvorläufer oder ein Polysilazanvorläufer zur Bildung des Matrixmaterials verwendet wird. Das dreidimensionale Netzwerk auf Siloxanbasis ist ein gehärtetes Material.
  • Ein mögliches Netzwerk auf Siloxanbasis auf der Basis eines Methylmethoxypolysiloxan-Vorläufers, das sich ergeben könnte, wenn alle Methoxygruppen an der Quervernetzung teilnehmen, ist in der folgenden allgemeinen Formel dargestellt:
    Figure DE112019004137T5_0006
  • Es ist zu beachten, dass es sich bei der oben gezeigten Struktur um ein stilisiertes Beispiel handelt, das leicht zu visualisieren ist, aber technisch nicht genau sein soll. So würden z.B. nicht unbedingt alle Methoxygruppen zu einer Quervernetzung führen. Einige von ihnen könnten intakt bleiben und einige von ihnen könnten durch Silanolgruppen ersetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält das Vorläufermaterial zusätzlich mindestens ein Additiv, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Katalysatoren, Nanopartikeln, metallorganischen Verbindungen, organischen Molekülen, organischen Polymeren, anorganischen Polymeren und Kombinationen daraus besteht.
  • Da das Vorläufermaterial in der Regel flüssig ist, ist es leicht möglich, die Additive in die Konversionsschicht einzuarbeiten. Die Additive können verschiedenen Zwecken dienen, wie z.B. der Kontrolle der Viskosität während der Herstellung, der Bereitstellung von Rissbeständigkeit und erhöhter mechanischer Festigkeit, der Abstimmung des Brechungsindexes oder der Erhöhung der thermischen Konnektivität.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Katalysator ein Titanalkoxid, zum Beispiel Tetra-n-Butyltitanat. Dies ist ein typischer Katalysator für die Aushärtung eines Vorläufers zu einer quervernetzten Matrix zusätzlich zu Wasser oder Feuchtigkeit. Das Tetra-n-Butyltitanat ist unter Umständen nicht unbedingt erforderlich, da die Anwesenheit von flüssigem Wasser oder gasförmiger Feuchtigkeit je nach Ausführungsform manchmal für den Härtungsschritt ausreicht, um eine quervernetzte Matrix zu erhalten. Eine typische Menge des Katalysators, die dem Vorläufermaterial zugesetzt wird, kann 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% betragen.
  • Andere Additive können dem Vorläufermaterial zugesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit des Vorläufers und/oder die Endeigenschaften der hoch quervernetzten Matrix und damit der Konversionsschicht zu beeinflussen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Nanopartikel aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Oxiden, wie Siliziumdioxid (SiO2), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zinkoxid (ZnO), Nitriden, wie Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si3N4) oder Bornitrid (BN), Nanopartikel auf Kohlenstoffbasis, wie Kohlenstoffnanoröhren, Graphen oder deren Derivate, Heteropolysäuren wie 12-Wolframatophosphorsäure (H3PW12O40) und 12-Wolframkieselsäure (H4SiW12O40) und beliebige Kombinationen daraus besteht.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält das Vorläufermaterial zusätzlich pyrogene Kieselsäure. Der Gehalt an pyrogener Kieselsäure kann im Bereich von 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 15 Gew.-% und 35 Gew.-%, liegen. Die angegebenen Bereiche sind in Bezug auf das vollständig ausgehärtete Polysiloxanmaterial oder die quervernetzte Matrix zu verstehen. Beispielsweise kann pyrogene Kieselsäure als Additiv zugesetzt werden, um die Aufschlämmung von Vorläufer und Phosphor nach der Zugabe des mindestens einen Phosphors zu verdicken. Andere Nanopartikel können hinzugefügt werden, um z.B. den Brechungsindex oder die Wärmeleitfähigkeit zu verändern.
  • In einigen Fällen werden die Oberflächen der anorganischen Nanopartikel mit Verkappungsmitteln modifiziert, um sie mit der Vorläuferverbindung mischbar zu machen.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die metallorganischen Verbindungen aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Titanalkoxiden, Zirkoniumalkoxiden, Aluminiumalkoxiden, Siliziumalkoxiden, Hafniumalkoxiden und beliebigen Kombinationen daraus besteht.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die organischen Moleküle aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Haftvermittlern, Weichmachern, Entschäumern, Verdickern oder Verdünnern besteht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die organischen Polymere und die anorganischen Polymere aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Poly(dimethylsiloxan), Poly(methylphenylsiloxan), Poly(diphenylsiloxan), Poly(silphenylensiloxan), Polyphosphazenen, Polysilazan, Perhydropolysilazan besteht.
  • Die relativen Mengen an Phosphor und Additiven in der Vorstufe können von Kriterien wie der Größe der Partikel, dem gewünschten Farbpunkt, dem Volumen und der Dicke der Konversionsschicht, der Wellenlänge der Primärstrahlung, der Art der Lichtquelle, den Mengen anderer Additivmaterialien und anderen Überlegungen abhängen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Vorläufermaterial zusätzlich eine Bindung vom D-Einheiten-Typ, wobei der Gehalt der D-Einheiten-Bindung zwischen 0 Mol-% und 30 Mol-% aller Siloxaneinheiten liegt. Somit können zusätzlich zu T-Einheiten-Bindungen, bei denen ein Siliziumatom an drei Sauerstoffatome gebunden ist, D-Einheiten-Bindungen vorhanden sein, bei denen ein Siliziumatom an zwei Sauerstoffatome gebunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Vorläufermaterial ein Molekulargewicht von weniger als 3000 g/mol, vorzugsweise weniger als 100 g/mol.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der mindestens eine Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die aus (RE1 xCex) 3 (Al1-yA'y) 5O12 mit 0 < x ≤ 0,1 und 0 ≤ y ≤ 1, (RE1_ xCex) 3 (Al5-2yMgySiy) O12 mit 0 < x ≤ 0,1 und 0 ≤ y ≤ 2, (RE1_ xCex) 3Al5-ySiyO12-yNy mit 0 < x ≤ 0,1 und 0 ≤ y ≤ 0,5, (RE1_ xCex) 2CaMg2Si3O12:Ce3+ mit 0 < x ≤ 0, 1, (AE1-xEux) 2Si5N8 mit 0 < x ≤ 0,1, (AE1-xEux) AlSiN3 mit 0 < x ≤ 0,1, (AE1-xEux) 2Al2Si2N6 mit 0 < x ≤ 0.1, (Sr1-xEux) LiAl3N4 mit 0 < x ≤ 0, 1, (AE1-xEux) 3Ga3N5 mit 0 < x ≤ 0,1, (AE1-xEux) Si2O2N2 mit 0 < x ≤ 0,1, (AExEuy) Si12 2x-3yAl2x+3yOyN16-y mit 0,2 ≤ x ≤ 2,2 und 0 < y ≤ 0, 1, (AE1-xEux)2SiO4 mit 0 < x ≤ 0,1, (AE1-xEux)3Si2O5 mit 0 < x ≤ 0, 1, K2 (Si1-x-yTiyMnx) F6 mit 0 < x ≤ 0,2 und 0 < y ≤ 1-x, (AE1-xEux)5(PO4)3Cl mit 0 < x ≤ 0,2, (AE1-xEux)Al10O17 mit 0 < x ≤ 0,2, (Y1-x-yGdxCey) 3Al5O12 mit 0 ≤ x ≤ 0,2 und 0 < y ≤ 0,05, und Kombinationen daraus, besteht, wobei RE eines oder mehrere von Y, Lu, Tb und Gd ist, AE eines oder mehrere von Mg, Ca, Sr, Ba ist, A' eines oder mehrere von Sc und Ga ist, wobei die Leuchtstoffe gegebenenfalls ein oder mehrere Halogenide enthalten. Diese Phosphore sind in der Lage, im nahen UV- bis blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu absorbieren und im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren.
  • Der Phosphor kann dem Vorläufermaterial in Form eines Pulvers zugesetzt werden. Die Konzentration des Leuchtstoffs oder der Leuchtstoffmischung kann gleich oder kleiner als 90 Gew.-% der Mischung sein, zum Beispiel im Bereich von 15 Gew.-% bis 75 Gew.-% des Phosphor-in-Polysiloxan- oder Phosphor-in-Polysilazan-Konverter-Materials in der ungehärteten Stufe.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Konversionsschicht eine dem Halbleiterchip abgewandte Oberseite und eine dem Halbleiterchip zugewandte Unterseite, wobei die Oberseite und/oder die Unterseite strukturiert ist. Strukturiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Oberfläche modifiziert wird, z.B. um die Lichtauskopplung zu verbessern.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die strukturierte Oberfläche eine zufällige Rauhigkeit, eine Mikrolinse, ein Mikrolinsenarray, eine Mikrooptik, einen photonischen Kristall, ein Plasmonenarray, eine Metalinse, aperiodische nanostrukturierte Arrays, einen dielektrischen Film, einen Stapel dielektrischer Filme oder eine Antireflexionsbeschichtung mit Gradientenindex. Der Stapel dielektrischer Filme umfasst beispielsweise Antireflexbeschichtungen, dichroitischen Filter und wellenlängen- oder winkelabhängige Passfilter.
  • Die Oberflächenmodifikationen können der Konversionsschicht während ihrer Herstellung verliehen werden, indem entweder mit einem strukturierten oder gemusterten Substrat begonnen wird, auf das das Vorläufermaterial aufgebracht wird, oder nach dem Aushärten durch Nachbearbeitungsschritte.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine LED oder eine Laserdiode.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Halbleiterchips mit einer Vielzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel elektromagnetische Primärstrahlung aus einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, des Herstellens einer Ausgangsmischung, die mindestens einen Leuchtstoff und ein Vorläufermaterial umfasst, wobei das Vorläufermaterial einen Vorläufer mit einer Struktur umfasst, die aus einer der allgemeinen Formeln
    Figure DE112019004137T5_0007
    ausgewählt ist, wobei
    R1 und R2 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht,
    R11, R12 und R13 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus H, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht, und
    R3 und R4 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkoxy, Vinyl, Hydroxyl, Carbonsäure, Ester, H, Alkyl, Aryl, substituiertem Alkoxy, substituierter Carbonsäure, substituiertem Ester, substituiertem Vinyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Aryl und Kombinationen daraus besteht,
    wobei n so gewählt ist, dass die Viskosität des Vorläufers im Bereich von 1 bis 150 mPas liegt, und
    R1 und R2 sowie R11, R12 und R13 umfassen einen Alkoxygehalt im Bereich von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%,
    • - Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen der Pixel oder auf ein temporäres Substrat,
    • - Aushärten der Ausgangsmischung, um eine Konversionsschicht zu erhalten, die auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen aufgebracht ist, umfassend eine quervernetzte Matrix, die den in der Matrix dispergierten Phosphor enthält, wobei die Konversionsschicht in einer Dicke von ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 20 µm, aufgebracht wird.
  • Das Verfahren eignet sich zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements entsprechend den oben genannten Ausführungsformen. Somit sind alle Merkmale, die in Bezug auf das optoelektronische Bauelement offenbart werden, für das Verfahren gültig und umgekehrt.
  • Bei dieser Methode handelt es sich um ein kostengünstiges, bei Raumtemperatur durchführbares Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einer Konversionsschicht. Weiterhin kann die Ausgangsmischung direkt auf die Pixel des Halbleiterchips aufgebracht werden, so dass die Konversionsschicht in situ auf jedem Pixel oder auf den gewünschten Pixeln des Halbleiterchips erzeugt wird.
  • „Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen der Pixel“ ist so zu verstehen, dass die Ausgangsmischung separat auf jedes Pixel des Halbleiterchips aufgebracht wird, nämlich auf die Strahlungsaustrittsfläche jedes Pixels oder auf die Strahlungsaustrittsfläche der Pixel, wo eine Konversionsschicht erwünscht ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Ausgangsmischung auf ein temporäres Substrat aufgebracht, auf dem temporären Substrat ausgehärtet und auf die Strahlungsaustrittsfläche mindestens eines der Pixel des Halbleiterchips geklebt, wobei nach dem Kleben das temporäre Substrat entfernt wird. So wird die Ausgangsmischung auf ein temporäres Substrat aufgetragen und gehärtet, um eine Konversionsschicht mit einer Dicke von ≤ 30 µm zu bilden. Diese Konversionsschicht wird auf die Strahlungsaustrittsfläche mindestens eines Pixels des Halbleiterchips geklebt und könnte auf so viele wie alle Pixel eines bestimmten gepixelten Halbleiterchips geklebt werden, und nach dem Kleben wird das temporäre Substrat entfernt.
  • Für das Aufbringen der Ausgangsmischung kann ein Lösungsmittel verwendet oder ein lösungsmittelfreier Ansatz gewählt werden. Bei der Herstellung der Ausgangsmischung wird dem Ausgangsmaterial mindestens ein Phosphor beigemischt.
  • Abhängig von der Viskosität kann dem Ausgangsgemisch ein Lösungsmittel zugesetzt oder nicht zugesetzt werden. Wenn ein Lösungsmittel benötigt wird, funktionieren viele organische Lösungsmittel, wie z.B. Xylol oder Butylacetat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Ausgangsmischung mindestens ein Additiv zugesetzt, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Katalysatoren, Nanopartikeln, metallorganischen Verbindungen, organischen Molekülen, organischen Polymeren, anorganischen Polymeren und Kombinationen daraus besteht. Die Additive können aus den oben in Bezug auf das optoelektronische Bauelement genannten Additiven ausgewählt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen der Pixel oder auf das temporäre Substrat durch ein Verfahren, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Siebdruck, Schablonendruck, Sprühbeschichtung und Tintenstrahldruck besteht. Mit diesen Verfahren ist ein exaktes Aufbringen des Konversionsschichtmaterials auf die einzelnen Pixel möglich. Um die Größe der Konversionsschicht an die Größe eines Pixels anzupassen, können die Bereiche des Halbleiterchips, in denen keine Ausgangsmischung aufgetragen werden soll, z.B. mit einem Photoresist beschichtet oder mit einer strukturierten Abdeckung abgedeckt werden. Beim Tintenstrahlverfahren ist sogar ein lokaler Auftrag der Ausgangsmischung möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Aushärtung bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen. Die Aushärtungszeit kann verkürzt werden, indem die Ausgangsmischung für einige Stunden erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Gemäß einer Ausführungsform findet die Aushärtung statt, wenn die Ausgangsmischung Wasser oder Feuchtigkeit ausgesetzt wird. Während der Aushärtung kann Alkohol als Nebenprodukt entstehen, was zu einer Verdichtung des Matrixmaterials führt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen mindestens einmal wiederholt. So kann die gewünschte Dicke in einem Bereich von ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 20 µm, erreicht werden.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen werden im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren und Beispielen erläutert.
    • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines optoelektronischen Bauelements;
    • 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement; und
    • 3 zeigt thermogravimetrische Analyseprofile eines Vergleichsmatrixmaterials und eines Matrixmaterials einer Konversionsschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • In den Beispielen und Figuren werden gleichartige Teile mit gleichartigen Bezugszeichen bezeichnet. Die dargestellten Teile und ihre Proportionen sind nicht maßstabsgerecht, vielmehr können einige Teile, wie z.B. Schichten, zur Verbesserung der Darstellbarkeit übertrieben groß dargestellt werden.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines optoelektronischen Bauelements mit einem Substrat 30, einem Halbleiterchip 20, der pixeliert ist, und Konversionsschichten 10. Die Pixel-zu-Pixel-Periode kann ≤ 125 µm betragen. Die Größe eines Pixels kann im Bereich von 300 µm liegen.
  • Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich um ein LED-Package oder eine auf Laserdioden basierende Lichtquelle handeln. Nicht explizit in 1 dargestellt sind die aktive Schichtfolge des Halbleiterchips 20 und zusätzliche Elemente wie ein Gehäuse oder ein reflektierendes Versiegelungsmaterial, das den Halbleiterchip 20 umgibt.
  • Der Halbleiterchip emittiert eine primäre elektromagnetische Strahlung, z.B. im nahen UV- bis blauen Spektrum. Jedes Pixel des Halbleiterchips 20 ist einzeln ansteuerbar. Die Konversionsschicht 10 absorbiert die primäre elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise und wandelt sie in eine Sekundärstrahlung um, die sich von der Primärstrahlung unterscheidet. Die Lichtemission jedes Pixels setzt sich aus der Kombination von Primär- und Sekundärstrahlung zusammen.
  • Die Wellenlänge der Sekundärstrahlung hängt von dem in die Matrix der Konversionsschicht eingebetteten Phosphor oder einer Mischung von Phosphoren ab. Jede Konversionsschicht kann eine andere Sekundärstrahlung haben, d.h. die Lichtemission jedes Pixels kann sich von der anderer Pixel unterscheiden.
  • Die Konversionsschichten 10 werden auf die Strahlungsaustrittsfläche der Pixel des Halbleiterchips aufgebracht, wobei die Strahlungsaustrittsfläche von dem Substrat 30, auf dem der Halbleiterchip 20 aufgebracht ist, abgewandt ist. Nicht auf allen Pixeln des Halbleiterchips 20 befinden sich notwendigerweise Konversionsschichten 10, wenn teilweise keine Konversion erwünscht ist (nicht dargestellt).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Konversionsschicht wird ein Methoxymethylpolysiloxan als Vorläufermaterial hergestellt oder gekauft. Der Methoxygehalt sollte in der Größenordnung von 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 15 bis 45 Gew.-%, noch bevorzugter im Bereich von 30 bis 40 Gew.-% liegen. Das Molekulargewicht sollte so beschaffen sein, dass die Viskosität im Bereich von 1 bis 50 mPas, vorzugsweise jedoch im Bereich von 2 bis 40 mPas liegt. Andere Polysiloxane oder Polysilazane mit verschiedenen Substituenten, wie oben erwähnt, sind ebenfalls möglich.
  • Für eine kaltweiße Anwendung, wie z.B. eine Kfz-Vorwärtsbeleuchtung, würde ein Leuchtstoff vom YAG:Ce-Typ als Down-Konversionsmaterial gewählt werden, das in das Vorläufermaterial eingebracht wird, um eine Ausgangsmischung herzustellen. Für eine warmweiße Anwendung, z.B. eine Beleuchtungsanwendung mit hohem CRI-Gehalt, könnte die Leuchtstoffmischung eine Mischung aus Cer-aktiviertem Lutetium-Aluminium-Granat (Lu1-xCex) 3A15O12, wobei 0 < x ≤ 0,2 ist, und einem Europium-aktivierten Calcium-Aluminium-Siliziumnitrid (Ca1-xEux)AlSiN3, wobei 0 < x ≤ 0,2 ist, als Leuchtstoffpulver zum Einbringen in das flüssige Vorläufermaterial sein. Im Allgemeinen sind auch andere Leuchtstoffe oder Leuchtstoffmischungen wie oben erwähnt möglich, abhängig von der Anwendung und den Farbzielen.
  • Die Konzentration und das Verhältnis der Leuchtstoffe hängt von den Cer- und Europiumkonzentrationen, den Absorptionen und Quantenwirkungsgraden der Leuchtstoffe, der Zieldicke der Konversionsschicht, dem Zielfarbpunkt des optoelektronischen Bauelements und davon ab, ob andere streuende Additive vorhanden sind. Das Verhältnis von Granat- zu Nitridphosphor liegt typischerweise im Bereich von 2,5:1 bis 4,5:1.
  • Weitere Additive können der Ausgangsmischung, die den Vorläufer und die Phosphormischung oder die Phosphormischung enthält, hinzugefügt werden. Abhängig von der Viskosität kann ein Lösungsmittel zugegeben werden oder pyrogene Kieselsäure zugegeben werden, wenn eine Verdickung der Aufschlämmung gewünscht wird. Andere Additive können zusätzlich oder alternativ hinzugefügt werden, um den Brechungsindex oder die Wärmeleitfähigkeit zu verändern. Weiterhin kann ein Härter wie z.B. ein Titanalkoxid im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% zugegeben werden.
  • Unabhängig von der Zielfarbe oder der Phosphorzusammensetzung wird die Aufschlämmung, die die Ausgangsmischung enthält, auf den pixelierten Halbleiterchip 20 gesprüht, wobei die Phosphorkonzentration und die Schichtdicke so gewählt werden, dass der Zielfarbpunkt getroffen wird, aber die Enddicke der Konversionsschicht muss auf oder unter der Höhengrenze von 30 µm bleiben.
  • Nach dem Aufsprühen auf die Pixel des Halbleiterchips 20 kann die Ausgangsmischung bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen ausgehärtet werden, um eine hochquervernetzte Matrix mit den darin eingebetteten Leuchtstoffen zu bilden. Die Aushärtung kann nach der Einwirkung von Wasser oder Feuchtigkeit erfolgen. Das Besprühen erfolgt separat, d.h. die Pixel des Halbleiterchips 20 werden getrennt voneinander mit einer Konversionsschicht 10 versehen.
  • Das Aufbringen des Ausgangsmaterials auf die Pixel des Halbleiterchips 20 kann in der Regel durch Verfahren wie Siebdruck, Schablonendruck, Sprühbeschichtung oder Tintenstrahldruck erfolgen.
  • 2 bezieht sich auf eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement, in der die Oberseiten der Konversionsschichten 10 dargestellt sind. Eine der Konversionsschichten 10 ist auf ein Pixel des Halbleiterchips 20 aufgebracht, wobei dieses zentrale Pixel eingeschaltet ist. Dieses Pixel ist in 2 durch Schraffuren gekennzeichnet. In diesem Beispiel enthält der Halbleiterchip 20 eine 7x7-Anordnung von Mikro-Pixeln. Das Übersprechen zwischen den Pixeln des Halbleiterchips wird dadurch gemessen, wie viel Licht an benachbarten Pixeln des schraffierten Pixels, d.h. dem Pixel, das eingeschaltet ist, detektiert werden kann. Durch die Konversionsschicht 10 des optoelektronischen Bauelements wird der gewünschte Wert des Übersprechens erreicht, d.h. die an einem Pixel mit einem Abstand von zwei Pixeln zwischen diesem Pixel und dem schraffierten Pixel gemessene Helligkeit ist nicht größer als 200 mal kleiner als die Helligkeit des schraffierten Pixels. Dieses geringe Übersprechen wird durch die geringe Dicke von ≤ 30 µm der Konversionsschicht 10 sowie deren direkte Aufbringung auf den Halbleiterchip 20 realisiert.
  • 3 zeigt ein thermogravimetrisches Analyseprofil eines vergleichenden Silikons auf Methylbasis (II) im Vergleich zu einem Polysiloxan auf Methylbasis (I). Die x-Achse zeigt die Temperatur T in °C, die y-Achse zeigt das Gewicht W in Prozent. Das Standard-Silicon (II) verliert fast 60% seines Gewichts, was auf einen großen organischen Gehalt hinweist. Im Gegensatz dazu verliert das Polysiloxanmaterial (I) weniger als 20 % seines Gewichts, was auf einen deutlich geringeren organischen Gehalt hinweist. Dies führt zu einer verbesserten thermischen Stabilität der Konversionsschicht im Vergleich zu analogen Materialien, die auf optischen Standard-Silikonmatrizen basieren.
  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung 16/104,743 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
  • Der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die oben angeführten Beispiele beschränkt. Die vorliegende Offenbarung ist in jedem neuartigen Merkmal und jeder Merkmalskombination verkörpert, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen umfasst, die in den Ansprüchen angegeben sind, auch wenn dieses Merkmal oder diese Merkmalskombination nicht ausdrücklich in den Ansprüchen oder in den Beispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Konversionsschicht
    20
    Halbleiterchip
    30
    Substrat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 16104743 [0089]

Claims (20)

  1. Optoelektronisches Bauelement, umfassend: einen Halbleiterchip (20) mit einer Vielzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel elektromagnetische Primärstrahlung aus einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, wobei auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen Konversionsschichten (10) aufgebracht sind, wobei die Konversionsschichten (10) eine quervernetzte Matrix mit einem dreidimensionalen Netzwerk auf Siloxanbasis und mindestens einen in die Matrix eingebetteten Leuchtstoff umfassen, wobei die Konversionsschichten eine Dicke von ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 20 µm, aufweisen.
  2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Pixel eine Pixel-zu-Pixel-Periode von ≤ 125 µm aufweisen.
  3. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die quervernetzte Matrix einen organischen Gehalt von weniger als 40 Gew.-% der Konversionsschicht umfasst.
  4. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die quervernetzte Matrix einen organischen Gehalt von weniger als oder gleich 20 Gew.-% der Konversionsschicht umfasst.
  5. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die quervernetzte Matrix aus einem Vorläufermaterial hergestellt ist, das einen Vorläufer mit einer Struktur umfasst, die aus einer der allgemeinen Formeln
    Figure DE112019004137T5_0008
    ausgewählt ist, wobei R1 und R2 - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht, R11, R12 und R13 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus H, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht, und R3 und R4 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkoxy, Vinyl, Hydroxyl, Carbonsäure, Ester, H, Alkyl, Aryl, substituiertem Alkoxy, substituierter Carbonsäure, substituiertem Ester, substituiertem Vinyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Aryl und Kombinationen daraus besteht, R1 und R2 und R11, R12 und R13 umfassen einen Alkoxygehalt im Bereich von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Gesamtformel.
  6. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei das dreidimensionale Netzwerk auf Siloxanbasis die generische Formel
    Figure DE112019004137T5_0009
    aufweist, wobei jedes R - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Gruppe besteht, die für R1, R2, R3, R4, R11, R12, R13 oder irgendeine Kombination daraus aufgeführt ist, und die hängenden Bindungen - unabhängig voneinander - repräsentativ für eine Fortsetzung des Netzwerks oder eine der für R1, R2, R3, R4, R11, R12, R13 aufgeführten Gruppen sind.
  7. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 5, wobei das Vorläufermaterial zusätzlich mindestens ein Additiv umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Katalysatoren, Nanopartikeln, metallorganischen Verbindungen, organischen Molekülen, organischen Polymeren, anorganischen Polymeren und Kombinationen daraus besteht.
  8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 5 und 7, wobei das Vorläufermaterial zusätzlich pyrogene Kieselsäure umfasst, wobei der Gehalt an pyrogener Kieselsäure im Bereich von 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 15 Gew.-% und 35 Gew.-%, liegt.
  9. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 5 und 7 bis 8, wobei das Vorläufermaterial zusätzlich Bindungen vom D-Einheiten-Typ umfasst, wobei der Gehalt an D-Einheiten-Bindung zwischen 0 Mol-% und 30 Mol-% aller Siloxaneinheiten liegt.
  10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 5 und 7 bis 9, wobei das Vorläufermaterial ein Molekulargewicht von weniger als 3000 g/mol, vorzugsweise weniger als 1000 g/mol, aufweist.
  11. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei der mindestens eine Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus (RE1-xCex) 3 (Al1-xA'y) 5O12 mit 0 < x ≤ 0,1 und 0 ≤ y ≤ 1, (RE1-xCex) 3 (Al5-2yMgySiy) O12 mit 0 < x ≤ 0,1 und 0 ≤ y ≤ 2, (RE1-xCex) 3Al5-ySiyO12-yNy mit 0 < x ≤ 0,1 und 0 ≤ y ≤ 0,5, (RE1-xCex) 2CaMg2Si3O12:Ce3+mit 0 < x ≤ 0,1, (AE1-xEux)2Si5N8 mit 0 < x ≤ 0, 1, (AE1-xEux) AlSiN3 mit 0 < x ≤ 0,1, (AE1-xEux)2Al2Si2N6 mit 0 < x ≤ 0, 1, (Sr1-xEux) LiAl3N4 mit 0 < x ≤ 0, 1, (AE1-xEux) 3Ga3N5 mit 0 < x ≤ 0, 1, (AE1-xEux) Si2O2N2 mit 0 < x ≤ 0, 1, (AExEuy) Si12-2x-3yAl2x+3yOyN16-y mit 0,2 ≤ x ≤ 2, 2 und 0 < y ≤ 0, 1, (AE1-xEux)2SiO4 mit 0 < x ≤ 0, 1, (AE1-xEux) 3Si2O5 mit 0 < x ≤ 0, 1, K2 (Si1-x-yTiyMnx) F6 mit 0 < x ≤ 0,2 und 0 < y ≤ 1-x, (AE1-xEux) 5 (PO4) 3Cl mit 0 < x ≤ 0,2, (AE1-xEux) Al10O17 mit 0 < x ≤ 0,2, (Y1-x-yGdxCey) 3Al5O12 mit 0 ≤ x ≤ 0,2 und 0 < y ≤ 0,05, und Kombinationen daraus, wobei RE eines oder mehrere von Y, Lu, Tb und Gd ist, AE eines oder mehrere von Mg, Ca, Sr, Ba ist, A' eines oder mehrere von Sc und Ga ist, wobei die Leuchtstoffe gegebenenfalls ein oder mehrere Halogenide enthalten.
  12. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Konversionsschicht (10) eine von dem Halbleiterchip abgewandte Oberseite und eine dem Halbleiterchip zugewandte Unterseite aufweist, wobei die Oberseite und/oder die Unterseite strukturiert ist.
  13. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12, wobei die strukturierte Oberfläche eine zufällige Rauhigkeit, eine Mikrolinse, ein Mikrolinsenarray, eine Mikrooptik, einen photonischen Kristall, ein Plasmonenarray, eine Metalinse, aperiodische nanostrukturierte Arrays, einen dielektrischen Film, einen Stapel dielektrischer Filme oder eine Antireflexionsbeschichtung mit Gradientenindex umfasst.
  14. Optoelektronisches Bauelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, das eine LED oder eine Laserdiode ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronisches Bauelements, das die folgenden Schritte umfasst - Bereitstellen eines Halbleiterchips (20) mit einer Vielzahl von Pixeln, wobei jedes Pixel elektromagnetische Primärstrahlung aus einer Strahlungsaustrittsfläche emittiert, - Herstellung einer Ausgangsmischung, die mindestens einen Leuchtstoff und ein Vorläufermaterial umfasst, wobei das Vorläufermaterial einen Vorläufer mit einer Struktur umfasst, die aus einer der folgenden allgemeinen Formeln ausgewählt ist
    Figure DE112019004137T5_0010
    wobei R1 und R2 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht, R11, R12 und R13 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus H, Alkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkenyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Alkoxy, substituiertem Aryl, substituiertem Aryloxy, substituiertem Alkenyl und Kombinationen daraus besteht, und R3 und R4 sind - unabhängig voneinander - aus einer Gruppe ausgewählt, die aus Alkoxy, Vinyl, Hydroxyl, Carbonsäure, Ester, H, Alkyl, Aryl, substituiertem Alkoxy, substituierter Carbonsäure, substituiertem Ester, substituiertem Vinyl, substituiertem Alkyl, substituiertem Aryl und Kombinationen daraus besteht, wobei n so gewählt ist, dass die Viskosität des Vorläufers im Bereich von 1 bis 150 mPas liegt, und R1 und R2 sowie R11, R12 und R13 umfassen einen Alkoxygehalt im Bereich von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, - Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen der Pixel oder auf ein temporäres Substrat, - Aushärten der Ausgangsmischung, um eine Konversionsschicht (10) zu erhalten, die auf mindestens einem Teil der Strahlungsaustrittsflächen aufgebracht ist, umfassend eine quervernetzte Matrix, die den in der Matrix dispergierten Phosphor enthält, wobei die Konversionsschicht (10) in einer Dicke von ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 20 µm, aufgebracht wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Ausgangsmischung mindestens ein Additiv zugesetzt wird, wobei das Additiv aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Katalysatoren, Nanopartikeln, metallorganischen Verbindungen, organischen Molekülen, organischen Polymeren, anorganischen Polymeren und Kombinationen daraus besteht.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, wobei das Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen oder auf ein temporäres Substrat durch ein Verfahren erfolgt, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Siebdruck, Schablonendruck, Sprühbeschichtung und Tintenstrahldruck besteht.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Härten bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen stattfindet.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Ausgangsmischung auf ein temporäres Substrat aufgebracht, auf dem temporären Substrat gehärtet und auf die Strahlungsaustrittsfläche mindestens eines der Pixel des Halbleiterchips (20) geklebt wird, wobei nach dem Kleben das temporäre Substrat entfernt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Aufbringen der Ausgangsmischung auf mindestens einen Teil der Strahlungsaustrittsflächen mindestens einmal wiederholt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021131112A1 (de) 2021-11-26 2023-06-01 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6759464B2 (ja) * 2018-03-20 2020-09-23 株式会社東芝 多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
US20220052090A1 (en) * 2020-08-17 2022-02-17 Au Optronics Corporation Sensing device
DE102021117858A1 (de) * 2021-07-09 2023-01-12 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische leuchtvorrichtung
US20230265337A1 (en) * 2022-02-22 2023-08-24 Ams-Osram International Gmbh Converter element, method for producing a converter element and radiation emitting device

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7497581B2 (en) * 2004-03-30 2009-03-03 Goldeneye, Inc. Light recycling illumination systems with wavelength conversion
US7471040B2 (en) 2004-08-13 2008-12-30 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Mixed-color light emitting diode apparatus, and method for making same
JP2009076749A (ja) 2007-09-21 2009-04-09 Toyoda Gosei Co Ltd Ｌｅｄ装置及びその製造方法
US20120018761A1 (en) 2009-03-27 2012-01-26 Konica Minolta Opto, Inc. Phosphor member, method of manufacturing phosphor member, and illuminating device
JP2011181429A (ja) 2010-03-03 2011-09-15 Konica Minolta Opto Inc Ｌｅｄ照明装置、ｌｅｄ照明装置の製造方法
US8884330B2 (en) * 2011-04-13 2014-11-11 Osram Sylvania Inc. LED wavelength-converting structure including a thin film structure
EP2865703A4 (de) * 2012-05-31 2015-11-18 Konica Minolta Inc Dichtungsmittel für lichtemittierende vorrichtung, lichtemittierende vorrichtung damit und herstellungsverfahren für lichtemittierende vorrichtung
JP2014122296A (ja) 2012-12-21 2014-07-03 Konica Minolta Inc 発光装置用封止材前駆体溶液、これを用いた発光装置用封止材、ｌｅｄ装置、並びにｌｅｄ装置の製造方法
JP6070498B2 (ja) 2012-12-21 2017-02-01 信越化学工業株式会社 蛍光体含有層と白色顔料含有層を有する熱硬化性シリコーン樹脂シート、それを使用する発光装置の製造方法及び封止発光半導体装置
KR102227814B1 (ko) 2013-06-06 2021-03-16 루미리즈 홀딩 비.브이. 형광체 시트로 라미네이팅된 발광 다이오드와 그 제조 방법
US9111464B2 (en) * 2013-06-18 2015-08-18 LuxVue Technology Corporation LED display with wavelength conversion layer
CN105916942B (zh) 2014-01-24 2019-12-03 住友化学株式会社 硅树脂液状组合物
EP3157984A1 (de) * 2014-06-19 2017-04-26 Inkron Oy Transparenter siloxanverkapselungsstoff und klebstoff
KR101688163B1 (ko) * 2015-03-30 2016-12-20 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR102415331B1 (ko) * 2015-08-26 2022-06-30 삼성전자주식회사 발광 소자 패키지, 및 이를 포함하는 장치
JP2017157724A (ja) 2016-03-02 2017-09-07 デクセリアルズ株式会社 表示装置及びその製造方法、並びに発光装置及びその製造方法
WO2017182390A1 (de) 2016-04-18 2017-10-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement
JP2017212301A (ja) 2016-05-24 2017-11-30 スタンレー電気株式会社 発光装置、照明装置、車両用照明装置、および、発光装置の製造方法
WO2018002334A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Wavelength converter having a polysiloxane material, method of making, and solid state lighting device containing same
CN106206871A (zh) * 2016-08-03 2016-12-07 纳晶科技股份有限公司 发光器件的制备方法与发光器件
JP6269753B2 (ja) 2016-08-29 2018-01-31 日亜化学工業株式会社 発光装置
CN110100318B (zh) 2016-12-22 2022-04-15 夏普株式会社 显示装置及制造方法
CN106876562B (zh) * 2017-03-30 2020-03-24 广东普加福光电科技有限公司 一种新型微缩化led结构及其制备方法
US10570333B2 (en) 2017-05-23 2020-02-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Wavelength conversion element, light emitting device and method for producing a wavelength conversion element
CN107302010B (zh) * 2017-06-21 2020-07-24 上海天马微电子有限公司 一种显示面板和显示装置
TWI650398B (zh) * 2017-12-08 2019-02-11 Chi Mei Corporation 發光材料與應用之顯示裝置
US10727379B2 (en) 2018-02-16 2020-07-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Methods for producing a conversion element and an optoelectronic component
US10662310B2 (en) 2018-04-24 2020-05-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component having a conversation element with a high refractive index

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021131112A1 (de) 2021-11-26 2023-06-01 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements

Also Published As

Publication number Publication date
US11552228B2 (en) 2023-01-10
WO2020035363A1 (en) 2020-02-20
KR102520089B1 (ko) 2023-04-11
JP2021533576A (ja) 2021-12-02
US20200056091A1 (en) 2020-02-20
KR20210038604A (ko) 2021-04-07

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