EP2351462A1 - Verfahren zum herstellen eines lumineszenzkonversionselements, lumineszenzkonversionselement und optoelektronisches bauteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines lumineszenzkonversionselements, lumineszenzkonversionselement und optoelektronisches bauteil

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EP2351462A1
EP2351462A1 EP09744319A EP09744319A EP2351462A1 EP 2351462 A1 EP2351462 A1 EP 2351462A1 EP 09744319 A EP09744319 A EP 09744319A EP 09744319 A EP09744319 A EP 09744319A EP 2351462 A1 EP2351462 A1 EP 2351462A1
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EP
European Patent Office
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conversion element
luminescence conversion
particles
blank
raw material
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EP09744319A
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EP2351462B1 (de
Inventor
Gertrud Kraeuter
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Publication of EP2351462B1 publication Critical patent/EP2351462B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources

Definitions

  • the ceramic material contains phosphor particles which are connected to one another and / or with other particles to the ceramic material.
  • the compound of the phosphor particles with one another and / or with further particles of the ceramic material is at least partially of the so-called Formed sintered necks.
  • grain boundaries can also be formed between adjacent particles, in particular adjacent to each other.
  • the ceramic material may for example consist of the phosphor particles.
  • it can contain, in addition to the phosphor particles, further particles which, in particular, have no wavelength-converting properties.
  • the further particles comprise, for example, at least one of the following materials or consist of at least one of the following materials: aluminum oxide, aluminum nitride, boron nitride, titanium dioxide, zirconium dioxide, silicon dioxide.
  • Mean particle diameter is understood in the present case to be the median of the particle diameter defined in this way, based on the number of particles. In other words, half of the phosphor particles / the further particles have a grain diameter which is larger than the mean grain diameter, and one half of the phosphor particles / the other particles have a grain diameter which is smaller than the mean grain diameter.
  • the mean grain diameter can be determined, for example, on the basis of a microsection of a section through the luminescence conversion element. The mean grain diameter is also referred to as "d5o".
  • the outer surface of the luminescence conversion element has a concavely curved partial region and / or a convexly curved partial region.
  • at least a portion of the luminescence conversion element is designed as a lens, for example as a convex lens or concave lens, in particular as a plano-convex lens or plano-concave lens.
  • the luminescence conversion element has the form of a dome or a cap with a lid portion and at least one side wall.
  • the sidewall or a plurality of sidewalls laterally surround the lid portion or a central area of the lid portion, such that the lid portion and the sidewall / sidewalls define an interior space.
  • the main extension plane of the cover section extends obliquely or perpendicular to the main extension plane (s) of the side wall or the side walls.
  • the lid portion and the at least one side wall are formed integrally in one embodiment.
  • the interior is open in particular on the side opposite the lid section.
  • an optoelectronic component is specified.
  • the component has a luminescence conversion element, which consists of a ceramic material.
  • the luminescence conversion element is designed in particular according to one of the embodiments described above.
  • the optoelectronic component has a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is intended to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • the luminescence conversion element is provided to convert at least a portion of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip in the first wavelength range into a second wavelength range which is at least partially different from the first wavelength range.
  • the luminescence conversion element has the form of a cap with a cover section and at least one side wall
  • the semiconductor chip is at least partially disposed in the cap in one embodiment of the component.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is arranged wholly or partly in the interior of the cap.
  • the dimensions of the interior are chosen, for example, such that it is only suitable for receiving the semiconductor chip.
  • the interior is in this case at most slightly larger than the semiconductor chip.
  • the luminescence conversion element is spaced from the semiconductor chip. For example, it is attached to a housing of the component.
  • a method for producing the luminescence conversion element comprises the following steps, preferably in the order given: a) providing a raw material intended for further processing into a ceramic material and containing the phosphor particle and a binder material, b) forming a blank by injecting the raw material into a closed mold, c) releasing the blank from the mold, d) removing the binder material from the blank, and e) sintering of the blank to the luminescence conversion element, wherein the phosphor particles combine with each other and / or with other particles of the raw material to form the ceramic materials.
  • a closed form is to be understood in particular to mean a shape which, with the exception of an injection opening and, if appropriate, of ventilation openings, is completely closed.
  • the mold consists of at least two sections, which can be assembled into the mold.
  • the injection of the raw material is expediently carried out in the assembled state of the sections.
  • the release of the blank from the mold expediently involves opening the mold, which comprises, for example, removal of at least one first portion.
  • the blank is removed after removing at least the first portion from the other or one of the other portions.
  • the mold expediently encloses an interior which has the shape of the luminescence conversion element to be produced.
  • the molding of the blank is advantageously carried out by injection into the mold, which has a correspondingly shaped interior.
  • luminescence conversion elements of various shapes can be produced in a simple manner using the method. For example, by injecting the raw material into the correspondingly shaped interior of the mold, a blank is formed which has the shape of a dome or cap having a lid portion and at least one side wall.
  • the mold is designed such that by means of the injection of the raw material, a blank is formed whose outer surface has a convexly curved partial region and / or a concavely curved partial region.
  • a luminescence conversion element is produced which has a convex or concave lens, for example a plano-convex or plano-concave lens.
  • a raw material which contains, in addition to the phosphor particles, additional particles without wavelength-converting properties.
  • the additional particles are aluminum oxide particles, aluminum nitride particles and / or boron nitride particles.
  • the additional particles expediently remain as part of the ceramic material in the finished luminescence conversion element. In particular, they combine with each other and / or with the phosphor particles to form the ceramic material.
  • the raw material has phosphor particles which have an average particle diameter of less than or equal to 5 ⁇ m and in particular less than or equal to 1 ⁇ m.
  • the average particle diameter is greater than or equal to 500 nm.
  • the phosphor particles combine with one another and / or with further particles of the raw material during sintering to form particles having an average particle diameter of greater than or equal to 1 .mu.m, in particular greater than or equal to 5 ⁇ m.
  • the additional particles have an average particle diameter of less than or equal to 1 .mu.m, in particular of less than or equal to 500 nm.
  • the average particle diameter of the additional particles, which have no wavelength-converting properties is greater than or equal to 200 nm.
  • the binder material contains an acrylate, a polyolefin, a polyol and / or silicone or consists of at least one of these materials.
  • binder materials are suitable for being removed from the blank by means of a solvent, by means of catalytic decomposition and / or by means of thermal decomposition.
  • the binder material is preferably completely removed from the blank. But it is also possible that residues of the binder material remain in the blank.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a luminescence conversion element according to a further exemplary embodiment
  • the provided raw material 1 is transported by means of a tool 2, to a mold 3.
  • the raw material 1 is heated, so that the binder material melts and the raw material passes into a flowable state.
  • the tool 2 has, for example, a storage container for the raw material, a heated tube with a screw conveyor and a die 3 facing nozzle.
  • the raw material 1 is transported from the reservoir through the heated tube where the binder material is melted to the nozzle.
  • the raw material is heated, for example, to a temperature between 100 0 C and 200 0 C.
  • the mold 3 is also heated to a temperature between 100 0 C and 200 0 C.
  • the mold 3 has at least one ventilation duct, through which air or another gas contained in the interior 30 before injection can escape during the injection of the raw material 1 into the interior 30.
  • a blank is produced which has the shape of the interior 30 of the mold 3.
  • the blank is subsequently released from the mold 3.
  • cooling of the mold 3 with the blank to a lower temperature than intended for injection can be expedient, for example to increase the stability of the blank.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the luminescence conversion element 4 produced by the method on the basis of the exemplary embodiment of FIG.
  • the luminescence conversion element 4 has the shape of a cap.
  • the cap has a lid portion 41 with a central region 400 laterally surrounded by four outer walls 42.
  • the lid portion 41 and the side walls 42 extending perpendicular to the lid portion 41 define an interior of the cap 4.
  • the exposed corner region of the semiconductor chip 6 has an electrical connection surface 60, in particular a bond pad, on its surface facing away from the leadframe 7.
  • a bonding wire 8 connects the bonding pad 60 to a second portion of the electrical lead frame 7, which is electrically isolated from the first portion.
  • the assembly of the provided with the recess 43 Lumineszenzkonversionselements 4 before or after the electrical see contacting the semiconductor chip 6 by means of the bonding wire 8 done.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzkonversionselements (4), insbesondere für ein optoelektronisches Bauteil, angegeben. Bei dem Verfahren wird ein Rohmaterial (1) bereit gestellt, das zur Weiterverarbeitung zu dem keramischen Material vorgesehen ist und das Leuchtstoffpartikel und ein Binder-Material enthält. Ein Rohling wird durch Einspritzen des Rohmaterials (1) in eine geschlossene Form (3) geformt. Der Rohling wird aus der Form (3) gelöst. Das Bindermaterial wird aus dem Rohling entfernt. Der Rohling wird zu dem Lumineszenzkonversionselement (4) gesintert, wobei sich die Leuchtstoffpartikel miteinander und/oder mit weiteren Partikeln des Rohmaterials zu dem keramischen Material verbinden. Weiter werden ein Lumineszenzkonversionselement und ein optoelektronisches Bauteil angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzkonversionselements, Lumineszenzkonversionselement und optoelektronisches Bauteil
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102008052751.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzkonversionselements, ein Lumineszenzkonversionselement und ein optoelektronisches Bauteil.
Optoelektronische Bauteile mit Lumineszenzkonversionselement weisen üblicherweise einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip auf. Das Lumineszenzkonversionselement enthält mindestens einen Leuchtstoff. Der Strahlungsemittierende Halbleiterchip emittiert im Betrieb des Bauteils elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs. Der Leuchtstoff konvertiert zumindest einen Teil dieser Strahlung in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs, der von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist. Derartige Bauteile sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 97/50132 bekannt.
Das Lumineszenzkohversionselement bei solchen Bauteilen enthält üblicherweise Partikel des Leuchtstoffs in einer Matrix aus Epoxidharz oder aus einem Silikonmaterial. Die Wärmeleitfähigkeit des Epoxidharzes oder Silikonmatrixmaterials ist oft für eine zufriedenstellende Abfuhr der Verlustwärme von dem Halbleiterchip des Bauteils unzureichend. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Lumineszenzkonversionselement mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, ein verbessertes optoelektronisches Bauteil und ein vielseitig einsetzbares Verfahren zur Herstellung eines Lumineszenzkonversionselements anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzkonversionselements, durch ein Lumineszenzkonversionselement und durch ein optoelektronisches Bauteil gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens, des Lumineszenzkonversionselements und des Bauteils sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit ausdrücklich durch Rückbezug in die Beschreibung mit aufgenommen.
Es wird ein Lumineszenzkonversionselement angegeben, das ein keramisches Material aufweist. Zweckmäßigerweise weist das Lumineszenzkonversionselement zum Großteil das keramische Material auf. "Zum Großteil" bedeutet, dass das keramische Material einen Volumenanteil von mehr als 50 %, insbesondere von mehr als 75 %, vorzugsweise von mehr als 90 % des Volumens des Lumineszenzkonversionselements einnimmt. Besonders bevorzugt besteht das Lumineszenzkonversionselement aus dem keramischen Material. Das Lumineszenzkonversionselement ist insbesondere für ein optoelektronisches Bauteil vorgesehen.
Das keramische Material enthält Leuchtstoffpartikel, die miteinander und/oder mit weiteren Partikeln zu dem keramischen Material verbunden sind. Die Verbindung der Leuchtstoffpartikel untereinander und/oder mit weiteren Partikeln des keramischen Materials ist zumindest teilweise von so genannten Sinterhälsen gebildet. Alternativ oder zusätzlich können auch Korngrenzen zwischen benachbarten - und insbesondere aneinander flächig angrenzenden - Partikeln ausgebildet sein. Das keramische Material kann beispielsweise aus den Leuchtstoffpartikeln bestehen. Alternativ kann es neben den Leucht- stoffpartikeln weitere Partikel enthalten, die insbesondere keine wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften aufweisen. Die weiteren Partikeln weisen zum Beispiel mindestens eines der folgenden Materialien auf oder bestehen aus mindestens einem der folgenden Materialien: Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titandioxid, Zirkondioxid, Siliziumdioxid.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung haben die Leuchtstoffpartikel einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 10 μm. Bei einer anderen Ausgestaltung haben sie einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 5 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 1 μm. Derartige Leuchtstoffpartikel sind für die Wellenlängenkonversion der von einem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung besonders vorteilhaft.
Die weiteren Partikel haben bei einer Ausgestaltung einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 1 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 500 nm. Vorzugsweise ist der mittlere Korndurchmesser der weiteren Partikel größer oder gleich 300 nm. Mit weiteren Partikeln, die einen solchen Korndurchmesser aufweisen, können beispielsweise in dem Lumineszenzkonversionselement besonders gute Diffusionseigenschaften erzielt werden.
Als "Korndurchmesser" wird vorliegend der Durchmesser der kleinsten Kugel bezeichnet, welche das Leuchtstoffpartikel bzw. das weitere Partikel vollständig enthält. Unter dem - A -
"mittleren Korndurchmesser" wird vorliegend der Median der so definierten Korndurchmesser - bezogen auf die Anzahl der Partikel - verstanden. Anders ausgedrückt haben die Hälfte der Leuchtstoffpartikel / der weiteren Partikel einen Korndurchmesser, der größer ist als der mittlere Korndurchmesser und eine Hälfte der Leuchtstoffpartikel / der weiteren Partikel haben einen Korndurchmesser, der kleiner ist als der mittlere Korndurchmesser. Der mittlere Korndurchmesser kann beispielsweise anhand eines Schliffbildes eines Schnitts durch das Lu- mineszenzkonversionselement bestimmt werden. Der mittlere Korndurchmesser wird auch als "d5o" bezeichnet.
Bei einer Ausgestaltung weist die Außenfläche des Lumines- zenzkonversionselements einen konkav gekrümmten Teilbereich und/oder eine konvex gekrümmten Teilbereich auf. Insbesondere ist zumindest ein Teilbereich des Lumineszenzkonversionselements als Linse, beispielsweise als Konvexlinse oder Konkav- linse, insbesondere als Plankonvexlinse oder Plankonkavlinse ausgebildet .
Bei einer anderen Ausgestaltung hat das Lumineszenzkonversionselement die Form einer Kuppel oder einer Kappe mit einem Deckelabschnitt und mindestens einer Seitenwand. Die Seitenwand oder mehrere Seitenwände umgeben den Deckelabschnitt oder einen Mittelbereich des Deckelabschnitts lateral, so dass der Deckelabschnitt und die Seitenwand/Seitenwände einen Innenraum definieren. Insbesondere verläuft die Haupt- erstreckungsebene des Deckelabschnitts schräg oder senkrecht zu der/den Haupterstreckungsebene (n) der Seitenwand beziehungsweise der Seitenwände. Der Deckelabschnitt und die mindestens eine Seitenwand sind bei einer Ausgestaltung einstückig ausgebildet. Der Innenraum ist insbesondere auf der dem Deckelabschnitt gegenüberliegenden Seite offen. Weiter wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Das Bauteil weist ein Lumineszenzkonversionselement auf, das aus einem keramischen Material besteht. Das Lumineszenzkonversionselement ist insbesondere gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet. Weiter weist das optoelektronische Bauteil einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip auf .
Der Halbleiterchip ist dazu vorgesehen, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren. Das Lumineszenzkonversionselement ist dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip im ersten Wellenlängenbereich emittierten elektromagnetischen Strahlung in einen zweiten, vom ersten zumindest teilweise verschiedenen Wellenlängenbereich zu konvertieren.
Hat das Lumineszenzkonversionselement die Form einer Kappe mit einem Deckelabschnitt und mindestens einer Seitenwand, ist der Halbleiterchip bei einer Ausgestaltung des Bauteils zumindest teilweise in der Kappe angeordnet. Insbesondere ist der Strahlungsemittierende Halbleiterchip ganz oder teilweise in dem Innenraum der Kappe angeordnet. Die Abmessungen des Innenraums sind beispielsweise derart gewählt, dass dieser lediglich zur Aufnahme des Halbleiterchips geeignet ist. Der Innenraum ist in diesem Fall höchstens geringfügig größer als der Halbleiterchip. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist das Lumineszenzkonversionselement von dem Halbleiterchip beabstandet. Beispielsweise ist es an einem Gehäuse des Bauteils befestigt.
Weiter wird ein Verfahren zum Herstellen des Lumineszenzkonversionselements angegeben. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge: a) Bereitstellen eines Rohmaterials, das zur Weiterverarbeitung zu einem keramischen Material vorgesehen ist, und das Leuchtstoffpartikel und ein Bindermaterial enthält, b) Formen eines Rohlings mittels Einspritzen des Rohmaterials in eine geschlossene Form, c) Lösen des Rohlings aus der Form, d) Entfernen des Bindermaterials aus dem Rohling, und e) Sintern des Rohlings zu dem Lumineszenzkonversionselement , wobei sich die Leuchtstoffpartikel miteinander und/oder mit weiteren Partikeln des Rohmaterials zu den keramischen Materialien verbinden.
Unter einer geschlossenen Form wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere eine Form verstanden, die abgesehen von einer Einspritzöffnung und gegebenenfalls von Entlüftungsöffnungen vollständig geschlossen ist. Vorzugsweise besteht die Form aus mindestens zwei Abschnitten, welche zu der Form zusammensetzbar sind. Das Einspritzen des Rohmaterials erfolgt zweckmäßigerweise im zusammengesetzten Zustand der Abschnitte. Das Lösen des Rohlings aus der Form beinhaltet zweckmäßigerweise das Öffnen der Form, welches beispielsweise ein Entfernen mindestens eines ersten Abschnitts umfasst . Insbesondere wird der Rohling nach dem Entfernen zumindest des ersten Abschnitts aus dem anderen oder einem der anderen Abschnitte entnommen.
Die Form umschließt zweckmäßigerweise einen Innenraum, der die Form des herzustellenden Lumineszenzkonversionselements hat. Die Formgebung des Rohlings erfolgt mit Vorteil durch Einspritzen in die Form, die einen entsprechend gestalteten Innenraum hat. So sind mit dem Verfahren auf einfache Weise Lumineszenzkonversionselemente unterschiedlichster Formen herstellbar. Beispielsweise wird durch das Einspritzen des Rohmaterials in den entsprechend geformten Innenraum der Form ein Rohling geformt, der die Gestalt einer Kuppel oder einer Kappe mit einem Deckelabschnitt und mindestens einer Seitenwand hat. Bei einer anderen Ausgestaltung ist die Form derart ausgebildet, dass mittels des Einspritzens des Rohmaterials ein Rohlings geformt wird, dessen Außenfläche einen konvex gekrümmten Teilbereich und/oder einen konkav gekrümmten Teilbereich aufweist. So wird ein Lumineszenzkonversionselement hergestellt, das eine konvexe oder konkave Linse, zum Beispiel eine plankonvexe oder plankonkave Linse aufweist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung wird ein Rohmaterial bereitgestellt, das neben den Leuchtstoffpartikeln zusätzliche Partikel ohne wellenlängenkonvertierende Eigenschaften enthält. Beispielsweise handelt es sich bei den zusätzlichen Partikeln um Aluminiumoxid- Partikel , Aluminiumnitrid-Partikel und/oder Bornitrid-Partikel. Die zusätzlichen Partikel verbleiben zweckmäßigerweise als Bestandteil des keramischen Materials in dem fertiggestellten Lumineszenzkonversionselement. Insbesondere verbinden sie sich miteinander und/oder mit den Leuchtstoffpartikeln zur Bildung des keramischen Materials.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens weist das Rohmaterial Leuchtstoffpartikel auf, die einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 5 μm und insbesondere von kleiner oder gleich 1 μm aufweisen. Der mittlere Korndurchmesser ist bei einer Weiterbildung größer oder gleich 500 nm. Bei einer anderen Weiterbildung verbinden sich die Leuchtstoffpartikel miteinander und/oder mit weiteren Partikeln des Rohmaterials beim Sintern zu Partikeln mit einem mittleren Korndurchmesser von größer oder gleich 1 μm, insbesondere von größer oder gleich 5 μm. Bei einer weiteren Ausgestaltung weisen die zusätzlichen Partikel einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 1 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 500 nm auf. Bei einer Weiterbildung ist der mittlere Korndurchmesser der zusätzlichen Partikel, die keine Wellenlängen konvertierenden Eigenschaften haben, größer oder gleich 200 nm.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens enthält das Bindermaterial ein Acrylat, ein Polyolefin, ein Polyol und/oder Silikon oder besteht aus mindestens einem dieser Materialien. Derartige Bindermaterialien sind dazu geeignet, mittels eines Lösungsmittels, mittels katalytischer Zersetzung und/oder mittels thermischer Zersetzung aus dem Rohling entfernt zu werden. Beim Entfernen des Bindermaterials aus dem Rohling wird das Bindermaterial vorzugsweise vollständig aus dem Rohling entfernt. Es ist aber auch möglich, dass Rückstände des Bindermaterials in dem Rohling verbleiben.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens, des Lumineszenzkonversionselements und des Bauteils ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 ein Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenz - konversionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer schematische Schnittdarstellung bei einem Stadium des Verfahrens, Figur 2 eine schematische perspektivische Darstellung des mit dem Verfahren der Figur 1 hergestellten Lumineszenzkonversionselements ,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Lumineszenzkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
Figur 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauteils mit dem Lumineszenzkonversionselement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind ähnliche oder ähnlich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein Stadium eines Verfahrens zur Herstellung eines Lumineszenzkonversionselements in einer schematischen Schnittdarstellung .
Bei dem Verfahren wird ein Rohmaterial 1 bereitgestellt. Das Rohmaterial besteht vorliegend aus Leuchtstoffpartikeln, die mit einem Bindermaterial wie einem Acrylat oder Silikon vermischt sind. Das Rohmaterial wird beispielsweise in Form eines Granulats bereitgestellt.
Ein Anteil der Leuchtstoffpartikel am Volumen des Rohmaterials 1 beträgt beispielsweise 50 % oder mehr. Enthält das Rohmaterial zusätzliche Partikel, beispielsweise Aluminium- oxid-Partikel oder Aluminiumnitrid-Partikel, beträgt beispielsweise der Anteil der Leuchtstoffpartikel und der zusätzlichen Partikel gemeinsam 50 % oder mehr, insbesondere 70 % oder mehr des Volumens des Rohmaterials 1.
Das bereitgestellte Rohmaterial 1 wird mittels eines Werkzeugs 2, zu einer Form 3 transportiert. Dabei wird das Rohmaterial 1 erhitzt, sodass das Bindermaterial schmilzt und das Rohmaterial in einen fließfähigen Zustand übergeht. Das Werkzeug 2 weist zum Beispiel einen Vorratsbehälter für das Rohmaterial, ein beheiztes Rohr mit einer Förderschnecke und eine der Form 3 zugewandte Düse auf. Das Rohmaterial 1 wird von dem Vorratsbehälter durch das beheizte Rohr, wo das Bindermaterial geschmolzen wird, zur Düse transportiert. Das Rohmaterial wird beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 100 0C und 200 0C erhitzt. Vorzugsweise wird die Form 3 ebenfalls auf eine Temperatur zwischen 100 0C und 200 0C erhitzt.
Mittels der Düse wird das fließfähige Rohmaterial 1 durch einen Einspritzkanal 300 der Form 3 in einen Innenraum 30 der erhitzten Form 3 eingespritzt. Der Einspritzdruck, mit dem das Rohmaterial 1 von dem Werkzeug 2 in die Form 3 eingespritzt wird, beträgt beispielsweise zwischen 500 bar und 1000 bar.
Die Form 3 ist vorliegend bis auf den Einspritzkanal 300 vollständig geschlossen. Mit anderen Worten ist der Innenraum 30 der Form lediglich durch den Einspritzkanal 300 mit der Umgebung der Form 3 verbunden.
Beispielsweise um die Gefahr von Lufteinschlüssen im Innenraum 30 der Form 3 beim Einspritzen des Rohmaterials 1 zu verringern, kann der Innenraum vor dem Einspritzen bei einer Ausgestaltung des Verfahrens evakuiert werden. Bei einer alternativen Variante (in Figur 1 nicht dargestellt) weist die Form 3 mindestens einen Entlüftungskanal auf, durch den während des Einspritzens des Rohmaterials 1 in den Innenraum 30 Luft oder ein anderes in dem Innenraum 30 vor dem Einspritzen enthaltenes Gas entweichen kann.
Durch das Einspritzen des Rohmaterials wird ein Rohling hergestellt, welcher die Form des Innenraums 30 der Form 3 aufweist. Der Rohling wird nachfolgend aus der Form 3 gelöst. Hierzu werden die Abschnitte 31 und 32, aus welchen die Form 3 zusammengesetzt ist, voneinander getrennt, sodass der Rohling freigelegt wird und aus einem der Abschnitte 31 oder 32 entnommen werden kann. Vor dem Lösen des Rohlings aus der Form 3 kann eine Abkühlung der Form 3 mit dem Rohling auf eine niedrigere als die zum Einspritzen vorgesehene Temperatur zweckmäßig sein, beispielsweise um die Stabilität des Rohlings zu erhöhen.
Nachfolgend wird das Bindermaterial des Rohmaterials 1 aus dem Rohling entfernt. Beispielsweise wird es mit einem Lö- sungsmittelprozess aus dem Rohling ausgewaschen.
Nachfolgend wird der Rohling bei einer hohen Temperatur, beispielsweise von 1000 0C oder mehr, gesintert, wobei sich die Leuchtstoffpartikel miteinander und/oder mit den zusätzlichen Partikeln des Rohmaterials zu dem keramischen Material verbinden.
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des mit dem Verfahren anhand des exemplarischen Ausführungsbeispiels der Figur 1 hergestellten Lumineszenzkonversionselements 4. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Lumineszenz - konversionselement 4 die Form einer Kappe. Die Kappe weist einen Deckelabschnitt 41 mit einem Mittelbereich 400 auf, der von vier Außenwänden 42 lateral umgeben ist. Der Deckelabschnitt 41 und die senkrecht zum Deckelabschnitt 41 verlaufenden Seitenwänden 42 definieren einen Innenraum der Kappe 4.
Vorliegend weist die Kappe 4 eine Aussparung 43 auf. Beispielsweise fehlt in Draufsicht auf den Deckelabschnitt 41 der abgesehen von der Aussparung 43 rechteckigen oder quadratischen Kappe ein Eck.
Das Lumineszenzkonversionselement 4 kann beispielsweise einen umlaufenden Grat 44 oder mehrere Grate aufweisen, der/die durch die Herstellung in der zweiteiligen Form 3 bedingt ist. An der Verbindungsstelle zwischen dem ersten Abschnitt 31 und dem zweiten Abschnitt 32 der Form 3 kann beispielsweise das Rohmaterial 1 beim Einspritzen in den Innenraum 30 in geringfügiger Menge zwischen die Abschnitte 31 und 32 gelangen, wodurch am fertigen Lumineszenzkonversionselement 4 ein oder - je nach Zusammensetzung der Form - mehrere Grate 44 verbleiben können. Alternativ oder zusätzlich kann auch - wie in Figur 3 gezeigt - ein Vorsprung oder eine Vertiefung 45 an der Stelle des Lumineszenzkonversionselements 4 verbleiben, wo das Einspritzen des Rohmaterials durch den Einspritzkanal 300 der Form erfolgt ist. Eventuell vorhandene Grate 44 oder Rückstände 45 vom Einspritzkanal können bei dem fertigen Lumineszenzkonversionselement 4 aber auch entfernt sein.
Die Figur 3 zeigt ein weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Lumineszenzkonversionselements 4 in einem schematischen Querschnitt. Das Lumineszenzkonversionselement 4 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Figur 2 nicht als Kappe sondern als Platte geformt. Ein Mittelbereich 400 - in Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene der Platte gesehen - ist als plankonvexe Linse 5 ausgebildet.
Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Bauteils mit dem Lumineszenzkonversions - element 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2.
Das optoelektronische Bauteil weist einen Leiterrahmen 7 auf. Auf einem ersten Teilbereich des Leiterrahmens 7 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 6 befestigt. Das Lumineszenzkonversionselement 4 ist als Kappe über den Halbleiterchip 6 gestülpt. Vorliegend ist der Halbleiterchip bis auf einen Eckbereich, der von dem Lumineszenzkonversionselement 4 mittels der Aussparung 43 freigelassen ist, vollständig im Innenraum des kappenförmigen Lumineszenzkonversionselements 4 angeordnet. Insbesondere überdeckt der Deckelabschnitt 41 der Kappe 4 - abgesehen von dem Eckbereich - die von dem Leiterrahmen 7 abgewandte Hauptfläche des Halbleiterchips 6. Die Seitenwände 42 der Kappe 4 verlaufen seitlich um den Halbleiterchip 6 herum und überdecken dessen Seitenflanken.
Der freiliegende Eckbereich des Halbleiterchips 6 weist auf seiner von dem Leiterrahmen 7 abgewandten Fläche eine elektrische Anschlussfläche 60, insbesondere eine Bondpad, auf. Ein Bonddraht 8 verbindet das Bondpad 60 mit einem zweiten Teilbereich des elektrischen Leiterrahmens 7, der von dem ersten Teilbereich elektrisch isoliert ist. Vorteilhafterweise kann die Montage des mit der Aussparung 43 versehenen Lumineszenzkonversionselements 4 vor oder nach dem elektri- sehen Kontaktieren des Halbleiterchips 6 mittels des Bonddrahts 8 erfolgen.
Das optoelektronische Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Leuchtdiodenbauelement handelt, weist bei einer Ausgestaltung eine Reflektorwanne auf, die beispielsweise aus einem Plastikmaterial geformt ist, mit welchem der Leiterrahmen umspritzt ist. Die Reflektorwanne ist vorliegend zur vereinfachten Darstellung weggelassen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst sie jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination in den Ausführungsbeispielen oder Patentansprüchen nicht explizit angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzkonversions- elements (4) , insbesondere für ein optoelektronisches Bauteil, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Rohmaterials (1) , das zur Weiterverarbeitung zu einem keramischen Material vorgesehen ist und das Leuchtstoffpartikel und ein Binder-Material enthält, b) Formen eines Rohlings mittels Einspritzen des Rohmaterials (1) in eine geschlossene Form (3) , c) Lösen des Rohlings aus der Form (3) , d) Entfernen des Bindermaterials aus dem Rohling, und e) Sintern des Rohlings zu dem Lumineszenzkonversions - element (4), wobei sich die Leuchtstoffpartikel miteinander und/oder mit weiteren Partikeln des Rohmaterials zu dem keramischen Material verbinden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Form derart ausgebildet ist, dass mittels des Einspritzens des Rohmaterials (1) ein Rohling geformt wird, dessen Außenfläche einen konvex gekrümmten Teilbereich und/oder einen konkav gekrümmten Teilbereich aufweist.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem ein Rohling geformt wird, der die Gestalt einer Kuppel oder die Gestalt einer Kappe mit einem Deckelabschnitt und mindestens einer Seitenwand hat .
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Rohmaterial bereitgestellt wird, das zusätzlich Partikel ohne wellenlängenkonvertierende Eigenschaften enthält.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Partikel ohne wellenlängenkonvertierende Eigenschaften Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titandioxid, Zirkondioxid und/oder Siliziumdioxid aufweisen.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Partikel ohne wellenlängenkonvertierende Eigenschaften einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 1 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 500 nm aufweisen.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leuchstoffpartikel in dem Rohmaterial einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 5 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 1 μm aufweisen.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bindermaterial ein Acrylat, ein Polyolefin, ein Polyol und/oder Silikon enthält.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Entfernen des Bindermaterials mittels eines Lösungsmittels, mittels katalytischer Zersetzung und/oder mittels thermischer Zersetzung erfolgt.
10. Lumineszenzkonversionselement (4), insbesondere für ein optoelektronisches Bauteil, wobei das
Lumineszenzkonversionselement ein keramisches Material aufweist welches Leuchtstoffpartikel enthält, die miteinander und/oder mit weiteren Partikeln zu dem keramischen Material verbunden sind.
11. Lumineszenzkonversionselement (4) gemäß Anspruch 10, das Leuchstoffpartikel und weitere Partikel enthält, die zu dem keramischen Material verbunden sind, wobei die weiteren Partikel Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titandioxid, Zirkondioxid und/oder Siliziumdioxid aufweisen.
12. Lumineszenzkonversionselement (4) gemäß Anspruch 11, wobei die weiteren Partikel einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 1 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 500 nm, aufweisen und die Leuchstoffpar- tikel einen mittleren Korndurchmesser von kleiner oder gleich 5 μm, insbesondere von kleiner oder gleich 1 μm, aufweisen.
13. Lumineszenzkonversionselement (4) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem zumindest ein Teilbereich
(400) als Linse (5) ausgebildet ist und/oder das die Form einer Kappe mit einem Deckelabschnitt (41) und mindestens einer Seitenwand (42) oder die Form einer Kuppel hat.
14. Optoelektronisches Bauteil mit einem strahlungsemittie- renden Halbleiterchip (6) und einem Lumineszenzkonversionselement (4) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 das zur Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils der von dem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist.
15. Optoelektronisches Bauteil mit einem strahlungsemittie- renden Halbleiterchip (6) und einem Lumineszenzkonversionselement (4) gemäß Anspruch 13 das die Form einer Kappe hat und zur Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils der von dem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, wobei der Halbleiterchip (6) zumindest teilweise in der Kappe angeordnet ist.
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