EP2638576A1 - Lumineszenzkonversionselement, verfahren zu dessen herstellung und optoelektronisches bauteil mit lumineszenzkonversionselement - Google Patents

Lumineszenzkonversionselement, verfahren zu dessen herstellung und optoelektronisches bauteil mit lumineszenzkonversionselement

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EP2638576A1
EP2638576A1 EP11779666.4A EP11779666A EP2638576A1 EP 2638576 A1 EP2638576 A1 EP 2638576A1 EP 11779666 A EP11779666 A EP 11779666A EP 2638576 A1 EP2638576 A1 EP 2638576A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
luminescence conversion
conversion element
machined
shaped body
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11779666.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mikael Ahlstedt
Ute Liepold
Carsten Schuh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2638576A1 publication Critical patent/EP2638576A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • Y10T428/24273—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including aperture

Definitions

  • the present application relates to a method for
  • Luminescence zenzkonversionselement indicate.
  • the method comprises
  • the at least one first lateral surface is formed in particular adjacent to the first and the second main surface.
  • the provided shaped body comprises a ceramic material and a luminescence zenzkonversionsstoff.
  • the shaped body is processed by means of a structuring method.
  • at least one first machined region and at least one unprocessed region are formed in the first main surface and / or the second main surface.
  • the first machined region may extend substantially parallel to the first lateral surface.
  • the structured shaped body is separated into a plurality of the ceramic luminescence conversion elements.
  • the separation takes place in such a way that cuts are made in the machined main surface of the machined shaped body, which essentially
  • step C) is to be understood such that the cuts can not only be introduced into a shaped body, which is essentially the same Dimensions corresponds to that provided in step A) shaped body, but that also partial body, the
  • Example be formed in any further sub-steps, fall under the wording "processed molding".
  • a luminescence conversion element is to be understood as belonging to the
  • the luminescence ⁇ conversion element preferably occupies more than 90% of the weight of the luminescence ⁇ conversion element. There is often the luminescence ⁇ conversion element of the ceramic material.
  • a ceramic material is to be understood here in particular as meaning an oxide-containing or a nitride-containing material, and according to the application, materials which have only one
  • step B) The application according structuring method according to step B) is carried out in particular such that a
  • Recess is introduced into the respective main surface, in particular a recess in the manner of a groove or in the manner of a fold (which, for example, a groove is understood).
  • the three-dimensional shape of the introduced structuring is not limited to angular bodies, but any geometric shape is conceivable.
  • the depth of the structuring over the entire (longitudinal) extent will be in a similar range, ie in particular that the depth actually measured at one point does not exceed 50%, in particular 20%, often 10%, up and down around the (by determining the respective maximum depth in longitudinal
  • the "recess" can also be designed such that both surfaces are processed by the patterning process, ie that a complete cut is made through the shaped body. In this extreme case then in step C), for example, rectangular or square
  • step B) Obtained platelets of Lumineszenzkonversionselements that have no recess.
  • the method according to step B) is carried out in such a way that only one of the two main surfaces is processed with the structuring method.
  • the molded body processed in step B) can have any geometric shape, for example the shape of a
  • Circular cylinder or a cylinder with an elliptical base or a straight prism with any polygonal base is a substantially cuboid (or
  • tile-shaped or have a cubic shape.
  • Step C) can be carried out with any separation process, for example by means of a grinding or
  • the application according to the method has in particular the following
  • Lumineszenzkonversionselements be set much more accurate, without additional post-processing steps must be made for fine ustmaschine.
  • Step B) can already be estimated based on a primary radiation to be converted, which is
  • Luminescence conversion element of a certain thickness can be generated (or which wavelength spectrum will have the secondary radiation based on the wavelength spectrum of the primary radiation).
  • adjustable thickness of the luminescence conversion element can then be selected by appropriate control of the Thomasa so that the desired secondary radiation
  • Secondary radiation is achieved. About the mixture of a given, emitted by a radiation-emitting component primary radiation and by at least partially converting this primary radiation through the
  • Luminescence conversion element generated secondary radiation can therefore also the desired color location of a primary and Secondary radiation formed total radiation can be adjusted.
  • the total radiation can be set by exactly measuring the first singulated luminescence conversion element based on a shaped body and determining the secondary radiation or the resulting total radiation based on the wavelength or color of the given luminescence conversion element of the first singulated luminescence conversion element, such as the thickness of the following isolating luminescence conversion elements is to be selected to a specifically desired
  • the precise adjustment of the color impression of the secondary or total radiation can essentially be effected by grinding the luminescence conversion elements, which are finished in themselves, to a specific thickness and thus a specific color impression
  • Step D) This step D) will in particular always take place if in step B) only either the first or the second main surface is processed.
  • step D) the first and the second main surface are processed, so that at least two part bodies are formed from the molding, which has hitherto been particularly one-piece.
  • a second processed area is formed, which is located in the
  • step D Substantially parallel to the first lateral surface (and if step D) is performed prior to step B), thereby also extending substantially parallel to the first processed region).
  • Substantially parallel means in the sense of the present application that the method is carried out so that luminescence conversion elements are formed from one and the same shaped body, which have substantially the same shape.
  • Luminescence conversion element is therefore in particular at most 10%. Regardless, the tolerance is the
  • step D) can therefore from an example
  • Tile-shaped moldings are formed a plurality of rod-shaped part bodies. Will a variety of
  • Partial bodies formed so the application according to the method is carried out in particular such that each of the part body machined and unprocessed areas, which in step B) were introduced, has. From the large number of, for example, rod-shaped elements can then be
  • Lumineszenzkonversionsettin is obtained, which corresponds to that of the partial molded body used.
  • Fine adjustment of the color can be measured on the basis of a first luminescence conversion element which has been separated from a single part of the shaped body, the emitted secondary or the total radiation.
  • step D If the method according to the application comprises a step D), which is carried out after step B), then according to a
  • step B) recess is doing
  • Lumineszenzkonversions institute of the two part moldings and the cutting width of the saw blade for the implementation of step D) or the cutting width of an alternatively used cutting or release agent for
  • Step D) is composed.
  • step B) can also be repeated, for example to produce luminescence conversion elements which have a plurality of recesses (for example at two, three or four corners of a square or rectangular luminescence conversion element).
  • the luminescence ⁇ material is formed by a doped ceramic material.
  • the ceramic material of the provided in step A) is formed by a doped ceramic material.
  • Shaped body thus comprises a ceramic material, the at least partially doped with a dopant.
  • the ceramic material may be completely doped with the dopant. However, only a part, for example in the region of one of the main surfaces, may also be doped with the dopant.
  • the ceramic molding can be one or more
  • Contain dopants for example selected from cerium, europium, neodymium, terbium, erbium or praseodymium.
  • the ceramic material may in particular be selected from garnets of the rare earths and the alkaline earth metals, in particular as disclosed, for example, in US 2004-062699 and the prior art described therein. It may be about cerium-doped yttrium-aluminum garnets and cerium-doped
  • luminescence conversion substance can also be broader and, in particular, if appropriate also in combination with the above garnets, the following
  • Chlorosilicates as disclosed, for example, in DE 10036940 and the prior art described therein,
  • the ceramic material then forms, so to speak, only the matrix for the luminescence conversion substance and can be any oxidic or nitridic material, as stated above.
  • the ceramic molded body may contain, in addition to the luminescence conversion material, further, in particular inorganic, particles which, in particular, have no wavelength-converting properties.
  • particles are, for example, nitrides and oxides of the elements aluminum, boron, titanium, zirconium and silicon or mixtures of two or more of the aforementioned materials into consideration.
  • the ceramic material of the shaped body has, in particular, luminescence conversion substance particles which are connected to one another and / or to other particles to form the ceramic material.
  • Particles of the ceramic material is at least partially formed by sintered necks. Alternatively or additionally, grain boundaries may also be formed between adjacent - and in particular flatly adjacent - particles.
  • the ceramic material may consist, for example, of the luminescence conversion substance particles.
  • step B) C) or D) of the at least one processed
  • Part body is attached to a subcarrier.
  • the subcarrier can serve in particular to the later isolated luminescence conversion elements
  • an adjustment of the shaped body or body part can be done by means of the auxiliary carrier, so that the introducing processing of steps B), the first and second shaped regions, and the cuts can be introduced defined as possible and / or D) and the separation according to step C) Bezie ⁇ hung as ,
  • the attachment of the shaped body or part of the body on the subcarrier can by means of adhesives,
  • Shaped body or part body carried out.
  • the subsequent dissolution of the luminescence conversion elements or other partial molded parts obtained in intermediate steps can be effected, for example, by solvent or elevated temperature (for example, burnout or depolymerization).
  • the recess in this case has a width which is chosen so that the molded body or partial body can be at least partially "sunk” therein, the remaining joints between the molded body / partial body and
  • Subcarrier - to save “mounting material” (so for example adhesive) - should be as narrow as possible.
  • the subcarrier with or without a recess can also be chosen so that when subdividing the subcarrier is not completely severed, so that in the
  • the subcarrier may be formed of glass or of a ceramic.
  • the material of the auxiliary carrier will be formed so that the subcarrier material is adapted to the mechanical properties of the sawing or grinding processes used to the material of the molding, so that a
  • the material of the auxiliary carrier may comprise or consist of aluminum oxide.
  • a particularly good adaptation takes place, for example, in luminescence conversion materials based on garnet on an auxiliary carrier of alumina.
  • the auxiliary carrier may also be formed from or comprise a polymer.
  • the method according to the application is carried out such that the distance between the
  • Shaped body is adjusted so that it is substantially the distance of opposite side surfaces of the formed
  • Lumineszenzkonversionselements corresponds (under
  • Side surfaces are to be understood as the surfaces located laterally between the main surfaces of the luminescence conversion element). Due to the thickness of the shaped body provided, the dimension of the later luminescence conversion element can therefore already be predetermined in part.
  • Main surfaces of the provided shaped body but in general (approximately in relation to the number of uniform shaped bodies to be produced later) also all dimensions can be adjusted to the thickness of the luminescence conversion element to be produced.
  • the shaped body according to step A) by means of any method for the preparation of ceramic components are produced, for example by an injection molding method or by sintering a by tape casting, uniaxial pressing, cold isostatic pressing,
  • Hot pressing or hot isostatic pressing produced green body.
  • step C) in step C)
  • luminescence conversion elements each have a thickness of about 50 to about 200 ⁇ on.
  • the deviation of the thickness within a plurality of similar luminescence conversion elements is in the range of one to a few micrometers. Should actually be a post-usttechnik the luminescence conversion elements with regard to emitted
  • a ceramic luminescence is further ⁇ conversion element provided with a recess which can be obtained according to one or more of the preceding For guiding of the method.
  • Section can be seen in process step C) based on the sawing Bezie ⁇ hung as sanding marks.
  • the processing can also be recognized on the lateral surfaces of the luminescence conversion element in the region of the recess with a mechanical structuring method.
  • the ceramic luminescence conversion element is in particular platelet-shaped. It can also assume any geometric shape and have not only a recess but a plurality of recesses. This can be, for example an L-shaped, T-shaped or cross-shaped shape of the formed platelet or another
  • a cruciform tile may serve for four square shapes
  • the luminescence conversion element can have at least one main surface which
  • the structuring may be formed by a roughening of one of the main surfaces of the luminescence conversion element, but additional scattering centers, for example, may also be present on the main surface
  • Alumina, titania, yttrium-aluminum-garnet and / or yttrium-oxide are examples of aluminum oxides.
  • An optoelectronic component having a luminescence conversion element has, in addition to the luminescence conversion element, at least one radiation-emitting semiconductor chip.
  • the luminescence conversion element thereby at least partially converts primary radiation emitted by the semiconductor chip into secondary radiation, so that a total radiation results which, for example, appears to the viewer as white light.
  • the generation of other color impressions may be desired.
  • the semiconductor chip may have any semiconductor material for emission of the primary radiation.
  • an emission of UV radiation can take place in the range from 370 to 400 nm.
  • the semiconductor chip can furthermore, a semiconductor material selected, for example, from gallium indium nitride and / or gallium nitride, which, in particular, is blue when electrically driven
  • Primary radiation for example, 400 to 480 nm
  • Secondary radiation for example, 400 to 480 nm
  • a white light-emitting component can be obtained by converting the luminescence conversion substance (for example a cerium-doped yttrium-aluminum garnet).
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a
  • FIGS. 2A to 2D show an embodiment of the method for
  • FIG. 4 shows a photograph of the surface of a partial body obtained from a molding in the production of the luminescence conversion elements.
  • the optoelectronic component according to FIG. 1 has a
  • Lead frame 7 on. On a first section of the
  • Semiconductor chip 6 is an L-shaped, plate-like
  • Luminescence conversion element 4 is arranged.
  • the luminescence ⁇ conversion element 4 may be adhered for example to the semiconductor chip ⁇ 6; for the sake of simplicity, however, the representation of an adhesive layer was omitted. Between the semiconductor chip 6 facing the main surface of the luminescence conversion element 4 and the upward facing, facing the viewer of the generated radiation
  • Main surface of the luminescence conversion element 4 is the side surface 40 of the luminescence conversion element 4 can be seen.
  • the luminescence conversion element 4 has a recess 5 through which the exposed side of the luminescence conversion element 4 facing the luminescence
  • 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 of the lead frame 7. Usually, the assembly of the luminescence conversion element 4 with the recess 5 before or after the electrical contacting of the semiconductor chip 6 by means of the bonding wire 8.
  • the optoelectronic component which may be, for example, a light-emitting diode component, has in one embodiment, a reflector trough, which is formed for example of a plastic or ceramic material, with which the lead frame is molded.
  • the reflector tray is omitted in the present case for simplified illustration.
  • FIGS. 2A to 2D show a method for producing a plurality of luminescence conversion elements according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 2A shows a shaped body of one
  • Lumineszenzkonversionsmaterial such as a cerium-doped yttrium-aluminum garnet, which may for example have a dimension of 20 x 20 mm and a thickness of 1 mm.
  • Shaped body 10 is adjusted on a base 25 so
  • FIG. 2B shows the state after two partial molded bodies 11, 11 'are formed from the molded body 10.
  • FIG. 2B shows an embodiment in which method step D) is carried out before method step B).
  • the first main surface 12 of the molded body 10 is processed so that a parallel to the first lateral surface 13 of the molding 10 section 14 is introduced, so in the region of the cut surfaces in each case a second machined region 16 (hidden in Figure 2B).
  • the grinding wheel can have a substantially greater thickness than the introduced example, falzförmige structuring. So can the falzförmige
  • Structuring example be 150 to 250 ⁇ wide, the thickness of the grinding wheel but four to five times as thick.
  • step B) nor in step C) or D) is carried out by methods according to the application
  • FIG. 2C shows the state after also method step B) has been carried out. Also to carry out the
  • Method step B) serve the stops 20 for adjustment, so that a defined processing and a defined
  • FIG 2C only a part of the body 11 is shown, in principle, but also a plurality of body parts 11 (with the same, but also with
  • Process step B) are processed. In the first
  • Main surface 12 becomes a structuring
  • FIG. 2D shows the state after separation of the
  • Luminescence Conversion Elements 4 It can be seen that the rod-shaped partial bodies 11 structured by means of step B) were arranged on an auxiliary carrier 17.
  • Subcarrier 17 could for example have recesses in the form of parallel trenches, in which the rod-shaped part body 11 are sunk, for example, half their height. Also, a fixing means for fixing the part body 11 on the subcarrier 17 is not shown for the sake of simplicity.
  • FIG. 2D It can now be seen in FIG. 2D that seven similar rod-shaped partial bodies 11 are parallel to one another arranged side by side on the auxiliary carrier 17 are arranged and each have a structuring 15 in the form of a fold.
  • 11 cuts 18 are introduced at the front end, which also extend partially into the subcarrier 17.
  • Luminescence conversion elements 4 generates, in which a recess 5 can be seen, which were formed by means of the cuts of the fold-shaped structuring 15 and which are still connected to each other via the auxiliary carrier 17.
  • Cuts according to FIGS. 2B to 2D can be made, for example, by means of a precision saw (for example a CNC saw). If, for example, an yttrium-aluminum-garnet-shaped body is sawed from an alumina support, the result is a roughly equal wear by both materials.
  • a precision saw for example a CNC saw.
  • Deviation of the dimensions of the converter of 1000 x 1000 ⁇ is 5 to 6 ⁇ .
  • Figure 3A shows a plan view of the main surface of a
  • platelet-shaped luminescence conversion element 4 with a plurality of recesses 5 for 8 semiconductor chips 6, which are each contacted by means of a bonding wire.
  • Luminescence conversion elements with a plurality of recesses can be used, for example, for an array-type arrangement of LED chips. applications
  • Such arrays may be, for example, vehicle headlights or projector light sources.
  • a step B) must be carried out at least twice, ie it must be both the first and the second main surface of the molding with particular groove-shaped or falz-shaped
  • FIG. 3B shows a corresponding arrangement of a
  • Luminescence conversion element with four recesses, so for an array of four LEDs, each contacted by a bonding wire.
  • FIG. 4 shows a photograph of the surface of two rod-shaped partial bodies 11, on which clearly visible are the traces of the structuring by means of mechanical processing according to step B) or step D).
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, it encompasses any new feature as well as any combination of features, even if that feature or combination is included in the

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Lumineszenzkonversionselements sowie ein hiermit hergestelltes Lumineszenzkonversionselement und ein optoelektronisches Bauteil mit einem Lumineszenzkonversionselement angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritten: A) Bereitstellung eines Formkörpers mit einer ersten Hauptoberfläche, einer zweiten Hauptoberfläche und einer ersten lateralen Oberfläche, wobei der Formkörper ein keramisches Material und einen Lumineszenzkonversionsstoff umfasst; B) Bearbeitung der ersten Hauptoberfläche und/oder der zweiten Hauptoberfläche des Formkörpers mittels eines Strukturierungsverfahrens, so dass zumindest ein erster bearbeiteter Bereich und zumindest ein unbearbeiteter Bereich gebildet wird, wobei sich der erste bearbeitete Bereich im Wesentlichen parallel zur ersten lateralen Oberfläche erstreckt; C) Vereinzeln zu einer Mehrzahl der Lumineszenzkonversionselemente durch Schnitte, die im Wesentlichen orthogonal zur ersten lateralen Oberfläche in die bearbeitete Hauptoberfläche des bearbeiteten Formkörpers eingebracht werden.

Description

Beschreibung
Lumineszenzkonversionselement , Verfahren zu dessen
Herstellung und optoelektronisches Bauteil mit
Lumines zenzkonversionselement
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Lumineszenzkonversionselements, ein mit diesem Verfahren herstellbares Lumineszenzkonversionselement, das eine Aussparung aufweist, und ein optoelektronisches Bauteil mit einem derartigen Lumineszenzkonversionselement.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 050 832.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Herstellung von Lumineszenzkonversionselementen mit einer Aussparung, beispielsweise einer Aussparung um Platz für den Anschluss eines Bond-Drahts bereit zu stellen, führt
regelmäßig zu größeren Mengen an Ausschuss. Durch die
erforderliche mechanische Bearbeitung werden häufig Risse und Defekte im Lumineszenzkonversionselement erzeugt, die zur Unbrauchbarkeit des Konversionselements führen. Zudem können abrasive Bearbeitungsmethoden zu einer unerwünschten Wölbung des keramischen Lumineszenzkonversionselements führen.
Es ist daher eine Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von keramischen Lumineszenzkonversionselementen, insbesondere keramischen Lumineszenzkonversionselementen mit Aussparungen, und ein mit diesem Verfahren hergestelltes keramisches Lumineszenzkonversionselement sowie ein
optoelektronisches Bauteil mit einem derartigen
Lumines zenzkonversionselement anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Lumineszenzkonversionselements, das keramische Lumineszenzkonversionselement und das optoelektronische Bauteil gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die
Unteransprüche, die nachfolgende Beschreibung und die
Zeichnungen lehren vorteilhafte Aus führungs formen und
Weiterbildungen hiervon.
Gemäß einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur
Herstellung eines eine Keramik umfassenden
Lumineszenzkonversionselements folgende Schritte:
A) Es wird ein Formkörper, der eine erste und eine zweite Hauptoberfläche und zumindest eine erste laterale Oberfläche aufweist, bereitgestellt. Die zumindest eine erste laterale Oberfläche ist dabei insbesondere angrenzend an die erste und die zweite Hauptoberfläche ausgebildet. Der bereitgestellte Formkörper umfasst dabei ein keramisches Material und einen Lumines zenzkonversionsstoff .
B) In einem weiteren Schritt wird der Formkörper mittels eines Strukturierungsverfahrens bearbeitet. Dabei wird in der ersten Hauptoberfläche und/oder der zweiten Hauptoberfläche zumindest ein erster bearbeiteter Bereich und zumindest ein unbearbeiteter Bereich gebildet. Insbesondere kann sich der erste bearbeitete Bereich dabei im Wesentlichen parallel zur ersten lateralen Oberfläche erstrecken.
In einem Schritt C) wird der strukturierte Formkörper zu einer Mehrzahl der keramischen Lumineszenzkonversionselemente vereinzelt. Die Vereinzelung erfolgt dabei derart, dass Schnitte in die bearbeitete Hauptoberfläche des bearbeiteten Formkörpers eingebracht werden, die im Wesentlichen
orthogonal zur ersten lateralen Oberfläche verlaufen. Die Schnitte werden dabei so eingebracht, dass ein einzelnes Lumineszenzkonversionselement vollständig vom verbleibenden Rest des bearbeiteten Formkörpers getrennt wird. Hierbei ist der Begriff bearbeiteter Formkörper in Schritt C) so zu verstehen, dass die Schnitte nicht nur in einen Formkörper eingebracht werden können, der im Wesentlichen den Abmessungen entspricht, die der in Schritt A) bereitgestellte Formkörper hat, sondern dass auch Teilkörper, die zum
Beispiel in etwaigen weiteren Teilschritten gebildet werden, unter die Formulierung "bearbeiteter Formkörper" fallen.
Unter einem eine Keramik umfassenden Lumineszenzkonversionselement (im Rahmen dieser Anmeldung auch "keramisches
Lumineszenzkonversionselement" genannt) ist anmeldungsgemäß ein Lumineszenzkonversionselement zu verstehen, das zum
Großteil keramisches Material aufweist. "Zum Großteil" bedeutet, dass das keramische Material einen Gewichtsanteil von mehr als 50 %, insbesondere von mehr als 75 % und
vorzugsweise von mehr als 90 % des Gewichts des Lumineszenz¬ konversionselements einnimmt. Häufig besteht das Lumineszenz¬ konversionselement aus dem keramischen Material.
Unter einem keramischen Material ist hier insbesondere ein oxidhaltiges oder ein nitridhaltiges Material zu verstehen, wobei anmeldungsgemäß auch Materialien, die nur eine
Nahordnung und keine Fernordnung aufweisen, auch unter den Begriff "keramisches Material" fallen. Dementsprechend sind auch anorganische Gläser von der Formulierung "keramisches Material" umfasst.
Das anmeldungsgemäße Strukturierungsverfahren gemäß Schritt B) wird insbesondere derart durchgeführt, dass eine
Ausnehmung in die jeweilige Hauptoberfläche eingebracht wird, insbesondere eine Ausnehmung nach Art einer Nut oder nach Art eines Falzes (worunter beispielsweise auch eine Hohlkehle verstanden wird) . Die dreidimensionale Form der eingebrachten Strukturierung ist dabei nicht auf eckige Körper beschränkt, vielmehr ist jegliche geometrische Form denkbar.
Im Regelfall wird die Tiefe der Strukturierung über die gesamte ( longitudinale ) Ausdehnung in einem ähnlichen Bereich liegen, d. h. insbesondere, dass die an einem Punkt real gemessene Tiefe nicht mehr als 50 %, insbesondere 20 %, häufig 10 %, nach oben und nach unten um die (durch Bestimmung der jeweiligen Maximaltiefe in longitudinaler
Richtung ermittelte) durchschnittliche Tiefe schwanken. Im Extremfall kann die "Ausnehmung" auch derart ausgebildet sein, dass beide Oberflächen durch das Strukturierungsverfahren bearbeitet werden, dass also ein vollständiger Schnitt durch den Formkörper erfolgt. In diesem Extremfall werden dann in Schritt C) beispielsweise rechteckige oder quadratische
Plättchen des Lumineszenzkonversionselements erhalten, die keine Ausnehmung aufweisen. Im Regelfall wird das Verfahren gemäß Schritt B) allerdings so durchgeführt, dass mit dem Strukturierungsverfahren nur eine der beiden Hauptoberflächen bearbeitet wird.
Grundsätzlich kann der in Schritt B) bearbeitete Formkörper jegliche geometrische Form besitzen, etwa die Form eines
Kreiszylinders oder eines Zylinders mit einer elliptischen Grundfläche oder eines geraden Prismas mit einer beliebigen vieleckigen Grundfläche. Häufig wird der Formkörper aber eine im Wesentlichen quaderförmige (beziehungsweise
fliesenförmige ) oder eine würfelförmige Gestalt besitzen.
Das Vereinzeln der Lumineszenzkonversionselemente gemäß
Schritt C) kann mit einem beliebigen Vereinzelungsverfahren erfolgen, beispielsweise mittels eines Schleif- oder
Sägeverfahrens (beispielsweise mittels eines
Schneideverfahrens mittels Drahtsägen (wire-dicing) ,
Wasserstrahlschneiden, Innenlochdiametersägen oder auch mittels hochenergetischer Strahlung, etwa mittels
Laserschneidens) . Entsprechende Verfahren können auch für die Oberflächenbearbeitung in Schritt B) und dem erst nachfolgend beschriebenen Schritt D) verwendet werden.
Das anmeldungsgemäße Verfahren hat insbesondere folgende
Vorteile : Zum einen kann verhindert werden, dass bei der Herstellung der Lumineszenzkonversionselemente ein ähnlich hoher
Ausschuss wie nach dem Stand der Technik anfällt, da keine Strukturierung in ein dünnes Plättchen eingebracht wird, sondern in einen relativ großformatigen Formkörper, der naturgemäß weniger anfällig gegen mechanische Beschädigungen wie zum Beispiel das Entstehen von Rissen ist. Eine besonders geringe Neigung zur Bildung von Rissen ist dabei insbesondere dann zu verzeichnen, wenn bei der Strukturierung keine Kanten gebildet werden (also keine zum Formkörperinneren zeigenden "Ecken", wie sie etwa bei einem Falz vorliegen), wenn die Strukturierung beispielsweise nach Art einer Kehle
ausgebildet ist.
Zum anderen kann die erzeugte Sekundärstrahlung des mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren hergestellten
Lumineszenzkonversionselements wesentlich genauer eingestellt werden, ohne dass zusätzliche Nachbearbeitungsschritte zur Fein ustierung erfolgen müssen. Vor Durchführung des Schritts C) oder gegebenenfalls auch schon vor Durchführung des
Schritts B) kann nämlich bezogen auf eine zu konvertierende Primärstrahlung bereits abgeschätzt werden, welches
Wellenlängenspektrum der Sekundärstrahlung mit einem
Lumineszenzkonversionselement einer bestimmten Dicke erzeugt werden kann (beziehungsweise welches Wellenlängenspektrum die Sekundärstrahlung bezogen auf das Wellenlängenspektrum der Primärstrahlung aufweisen wird) . Die im Schritt C)
einstellbare Dicke des Lumineszenzkonversionselements kann dann durch entsprechende Steuerung der Schnittsetzung so gewählt werden, dass die gewünschte Sekundärstrahlung
beziehungsweise das gewünschte Wellenlängenspektrum an
Sekundärstrahlung erzielt wird. Über die Mischung einer gegebenen, von einem Strahlungsemittierenden Bauelement emittierten Primärstrahlung und die durch zumindest teilweise Konversion dieser Primärstrahlung durch das
Lumineszenzkonversionselement erzeugte Sekundärstrahlung kann also auch der gewünschte Farbort einer aus Primär- und Sekundärstrahlung gebildeten Gesamtstrahlung eingestellt werden .
Noch genauer kann die gewünschte Sekundärstrahlung
beziehungsweise die Gesamtstrahlung dadurch eingestellt werden, dass bezogen auf einen Formkörper das jeweils erste vereinzelte Lumineszenzkonversionselement genau vermessen wird und anhand der Wellenlänge oder Farbe der bei der gegebenen Dicke des ersten vereinzelten Lumineszenzkonversionselements erhaltenen Sekundärstrahlung oder der resultierenden Gesamtstrahlung ermittelt wird, wie die Dicke der nachfolgend zu vereinzelnden Lumineszenzkonversions¬ elemente zu wählen ist, um einen spezifisch erwünschten
Farbeindruck der Sekundärstrahlung beziehungsweise der
Gesamtstrahlung zu erzielen.
Nach dem Stand der Technik kann die genaue Justierung des Farbeindrucks der Sekundär- beziehungsweise Gesamtstrahlung im Wesentlichen dadurch erfolgen, dass die an sich fertigen Lumineszenzkonversionselemente geschliffen werden, bis eine bestimmte Dicke und damit ein bestimmter Farbeindruck
erhalten werden. Mit dem anmeldungsgemäßen Verfahren ist dies nicht erforderlich. Durch die vor der Vereinzelung erfolgende Fein ustierung können problemlos Toleranzen ausgeglichen werden, die sich beispielsweise durch Qualitätsunterschiede des eingesetzten Lumineszenzkonversionsmaterials ergeben, die durch geringfügige Unterschiede beim Durchführen des Sinter¬ oder Spritzgussverfahrens zur Herstellung der Lumineszenzkonversionselemente (etwa durch die Entstehung von Poren im keramischen Lumineszenzkonversionselement) gebildet werden oder die durch aufsummierten Abweichungen von der mittleren Schichtdicke einer keramischen Grünfolie bei laminierten keramischen Folien zur Herstellung des Lumineszenzkonversionselements entstehen. Die genannte Problematik kann also vollständig dadurch ausgeblendet werden, dass verglichen mit der üblichen "Herstellungsrichtung" bei der vorbekannten Produktion von keramischen Lumineszenzkonversionselementen gewissermaßen orthogonal gearbeitet wird.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des anmeldungsgemäßen Verfahrens wird vor oder nach Schritt B) zusätzlich ein
Schritt D) durchgeführt. Dieser Schritt D) wird insbesondere immer dann erfolgen, wenn in Schritt B) nur entweder die erste oder die zweite Hauptoberfläche bearbeitet wird. In Schritt D) erfolgt eine Bearbeitung der ersten und der zweiten Hauptoberfläche, sodass aus dem bislang insbesondere einstückigen Formkörper zumindest zwei Teilkörper gebildet werden. Bei der Bearbeitung gemäß Schritt D) wird dabei ein zweiter bearbeiteter Bereich gebildet, der sich im
Wesentlichen parallel zur ersten lateralen Oberfläche (und - falls Schritt D) vor Schritt B) durchgeführt wird - damit auch im Wesentlichen parallel zum ersten bearbeiteten Bereich erstreckt) .
Im Wesentlichen parallel bedeutet im Sinn der vorliegenden Anmeldung, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass aus ein und demselben Formkörper Lumineszenzkonversionselemente gebildet werden, die im Wesentlichen eine gleiche Gestalt haben. Die Toleranzen hinsichtlich Abmessungen und/oder
Flächeninhalt der Oberflächen des
Lumineszenzkonversionselements beträgt daher insbesondere maximal 10 %. Unabhängig davon beträgt die Toleranz der
Flächeninhalte der Aussparung (bezogen auf ein entsprechendes Lumineszenzkonversionselement ohne Aussparung) maximal 50 %. Unter Toleranz wird hierbei der durch die Differenz von
Maximum und Minimum ermittelte Wert verstanden.
Mittels Schritt D) kann also aus einem beispielsweise
fliesenförmigen Formkörper eine Vielzahl von stabförmigen Teilkörpern gebildet werden. Wird eine Vielzahl von
Teilkörpern gebildet, so wird das anmeldungsgemäße Verfahren insbesondere derart durchgeführt, dass jeder der Teilkörper bearbeitete und unbearbeitete Bereiche, die in Schritt B) eingebracht wurden, aufweist. Aus der Vielzahl von beispielsweise stabförmigen Elementen kann dann
beispielsweise in einem Verfahrensschritt gleichzeitig
jeweils bei jedem Teilformkörper eine Vereinzelung zu dem Lumineszenzkonversionselement erfolgen, sodass bei jedem durchgeführten Schnitt gemäß Schritt C) eine Anzahl von
Lumineszenzkonversionselementen erhalten wird, die der der eingesetzten Teilformkörper entspricht. Um vorab die
Feinjustierung der Farbe vorzunehmen, kann natürlich anhand eines ersten Lumineszenzkonversionselements, das von einem einzelnen Teilformkörper vereinzelt wurde, die emittierte Sekundär- beziehungsweise die Gesamtstrahlung gemessen werden.
Umfasst das anmeldungsgemäße Verfahren einen Schritt D) , der nach Schritt B) durchgeführt wird, so kann gemäß einer
Aus führungs form der vorliegenden Anmeldung die
Oberflächenbearbeitung gemäß Schritt B) auch für zwei
benachbarte Teilformkörper gleichzeitig erfolgen. Die Breite der in Schritt B) eingebrachten Ausnehmung wird dabei
zweckmäßigerweise so gewählt, dass sie sich aus der Summe der gewünschten Breite der Ausnehmung für die gebildeten
Lumineszenzkonversionselemente der beiden Teilformkörper und der Schnittbreite des Sägeblatts für die Durchführung von Schritt D) beziehungsweise der Schnittbreite eines alternativ eingesetzten Schneide- beziehungsweise Trennmittels für
Schritt D) zusammensetzt.
Gemäß einer Aus führungs form kann Schritt B) auch wiederholt erfolgen, etwa um Lumineszenzkonversionselemente zu erzeugen, die mehrere Ausnehmungen (beispielsweise an zwei, drei oder vier Ecken eines quadratischen oder rechteckigen Lumineszenzkonversionselements) aufweisen.
Gemäß einer Aus führungs form wird der Lumineszenzkonversions¬ stoff durch ein dotiertes keramisches Material gebildet. Das keramische Material des in Schritt A) bereitgestellten
Formkörpers umfasst also ein keramisches Material, das zumindest teilweise mit einem Dotierstoff dotiert ist. Das keramische Material kann vollständig mit dem Dotierstoff dotiert sein. Es kann aber auch nur ein Teil, beispielsweise im Bereich einer der Hauptoberflächen, mit dem Dotierstoff dotiert sein.
Der keramische Formkörper kann dabei einen oder mehrere
Dotierstoffe enthalten, beispielsweise ausgewählt aus Cer, Europium, Neodym, Terbium, Erbium oder Praseodym.
Das keramische Material kann insbesondere aus Granaten der seltenen Erden und der Erdalkalimetalle ausgewählt sein, insbesondere wie beispielsweise in US 2004-062699 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart. Es seien etwa Cer-dotierte Yttrium-Aluminium-Granate und Cer-dotierte
Lutetium-Aluminium-Granate genannt .
Generell kann aber der Begriff Lumineszenzkonversionsstoff auch weiter gefasst sein und insbesondere gegebenenfalls auch in Kombination mit den vorstehenden Granaten folgende
Materialien umfassen:
- Chlorosilikate, wie beispielsweise in DE 10036940 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart,
- Orthosilikate, Sulfide, Thiogallate und Vanadate wie beispielsweise in WO 2000/33390 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart,
- Aluminate, Oxide, Halophosphate, wie beispielsweise in US 6616862 und dem dort beschriebenen Stand der Technik
offenbart, und
- Nitride, Sione und Sialone wie beispielsweise in DE
10147040 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart .
Das keramische Material bildet dann gewissermaßen nur die Matrix für den Lumineszenzkonversionsstoff und kann ein beliebiges oxidisches oder nitridisches Material - wie oben ausgeführt - sein. Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann der keramische Formkörper neben dem Lumineszenzkonversionsmaterial noch weitere, insbesondere anorganische Partikel enthalten, die insbesondere keine wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften aufweisen. Als weitere Partikel kommen hierbei beispielsweise Nitride und Oxide der Elemente Aluminium, Bor, Titan, Zirkon und Silizium beziehungsweise Gemische von zwei oder mehreren der vorgenannten Materialien in Betracht.
Das keramische Material des Formkörpers weist insbesondere Lumineszenzkonversionsstoffpartikel auf, die miteinander und/oder mit weiteren Partikeln zu dem keramischen Material verbunden sind. Die Verbindung der Lumineszenzkonversions¬ stoffpartikel untereinander und/oder mit den weiteren
Partikeln des keramischen Materials ist zumindest teilweise durch Sinterhälse gebildet. Alternativ oder zusätzlich können auch Korngrenzen zwischen benachbarten - und insbesondere flächig aneinandergrenzenden - Partikeln ausgebildet sein. Das keramische Material kann dabei beispielsweise aus den LumineszenzkonversionsstoffPartikeln bestehen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann das
anmeldungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass vor Schritt B) , C) oder D) der mindestens eine bearbeitete
Formkörper und/oder mindestens einer der bearbeiteten
Teilkörper auf einem Hilfsträger befestigt wird.
Der Hilfsträger kann dabei insbesondere dazu dienen, die später vereinzelten Lumineszenzkonversionselemente zu
stabilisieren und in einer geordneten Form einem weiteren Bearbeitungsschritt, zum Beispiel zur Herstellung einer Licht emittierenden Diode, zuzuführen. Ferner kann mittels des Hilfsträgers eine Justierung der Formkörper oder Teilkörper erfolgen, sodass die einzubringende Bearbeitung der Schritte B) und/oder D) und das Vereinzeln gemäß Schritt C) bezie¬ hungsweise die ersten und zweiten bearbeiteten Bereiche und die Schnitte möglichst definiert eingebracht werden können. Die Befestigung des Formkörpers beziehungsweise Teilkörpers auf dem Hilfsträger kann dabei mittels Klebstoffen,
Haftvermittlern oder auch anderen Stoffen, die wieder lösbare stoffschlüssige Verbindungen zwischen Hilfsträger und
Formkörper beziehungsweise Teilkörper herstellen, erfolgen. Das spätere Lösen der Lumineszenzkonversionselemente oder anderer in Zwischenschritten erhaltener Teilformkörper kann beispielsweise durch Lösungsmittel oder erhöhte Temperatur (zum Beispiel Ausbrand oder Depolymerisation) erfolgen.
Gemäß einer Variante dieser Aus führungs form wird der
bearbeitete Formkörper in einer Ausnehmung des Hilfsträgers befestigt. Die Ausnehmung weist dabei eine Breite auf, die so gewählt ist dass der Formkörper beziehungsweise Teilkörper darin zumindest teilweise "versenkt" werden kann, wobei die verbleibenden Fugen zwischen Formkörper/Teilkörper und
Hilfsträger - um "Befestigungsmaterial" (also zum Beispiel Klebstoff) zu sparen - möglichst schmal ausfallen sollten.
Durch einen Hilfsträger mit Ausnehmung kann eine zusätzliche Stabilisierung der vereinzelten Lumineszenzkonversionselemente erfolgen.
Generell können die Hilfsträger mit oder ohne Ausnehmung auch so gewählt werden, dass bei der Vereinzelung der Hilfsträger nicht vollständig durchtrennt wird, sodass die bei der
Vereinzelung gebildeten Lumineszenzkonversionselemente auch nach der Vereinzelung noch alle gemeinsam über die verbleibenden Reste des Hilfsträgers miteinander verbunden sind.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann der Hilfsträger aus Glas oder aus einer Keramik gebildet sein. Häufig wird das Material des Hilfsträgers dabei so gebildet sein, dass das Hilfsträgermaterial von den mechanischen Eigenschaften in Bezug auf die verwendeten Säge- oder Schleifverfahren an das Material des Formkörpers angepasst wird, sodass eine
einheitliche Beanspruchung der Vereinzelungs- beziehungsweise Bearbeitungsmittel erfolgt. Beispielsweise kann das Material des Hilfsträgers Aluminiumoxid umfassen oder daraus bestehen. Eine besonders gute Anpassung erfolgt beispielsweise bei Lumineszenzkonversionsmaterialien, die auf Granat basieren auf einem Hilfsträger aus Aluminiumoxid.
Alternativ kann der Hilfsträger auch aus einem Polymer gebildet sein oder dieses umfassen.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form wird das anmeldungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass der Abstand der
Hauptoberflächen des in Schritt A) bereitgestellten
Formkörpers so eingestellt wird, dass er im Wesentlichen dem Abstand gegenüberliegender Seitenflächen des gebildeten
Lumineszenzkonversionselements entspricht (wobei unter
Seitenflächen die Flächen zu verstehen sind, die sich lateral zwischen den Hauptoberflächen des Lumineszenzkonversionselements befinden) . Durch die Dicke des bereitgestellten Formkörpers kann also bereits teilweise die Abmessung des späteren Lumineszenzkonversionselements vorgegeben werden.
Da, wie vorstehend ausgeführt, beispielsweise bei
Sinterverfahren zur Herstellung eines Formkörpers die
konkreten Abmessungen eines Formkörpers voneinander abweichen können, können die Hauptoberflächen des Formkörpers (aber auch die erste und alle weiteren lateralen Oberflächen des Formkörpers oder auch erst eines in Schritt D) gebildeten Teilkörpers) mittels Schleifens behandelt werden. Hierdurch kann dann gegebenenfalls nicht nur der Abstand der
Hauptoberflächen des bereitgestellten Formkörpers, sondern generell (etwa in Bezug auf die Anzahl später zu erzeugender gleichförmiger Teilformkörper) auch alle Abmessungen bis auf die Dicke des zu erzeugenden Lumineszenzkonversionselements eingestellt werden.
Wie bereits ausgeführt, kann der Formkörper gemäß Schritt A) mittels jedes beliebigen Verfahrens zur Herstellung von keramischen Bauelementen erzeugt werden, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder durch Sintern eines durch tape- casting, Uniaxialpressen, kaltisostatisches Pressen,
Heißpressen oder heißisostatisches Pressen hergestellten Grünkörpers .
Gemäß einer Aus führungs form weisen die in Schritt C)
erhaltenen Lumineszenzkonversionselemente jeweils eine Dicke von etwa 50 bis etwa 200 μπι auf. Die Abweichung der Dicke innerhalb einer Vielzahl gleichartiger Lumineszenzkonversionselemente liegt dabei im Bereich von einem bis wenigen Mikrometern. Sollte tatsächlich noch eine Nach ustierung der Lumineszenzkonversionselemente hinsichtlich emittierter
Sekundärstrahlung beziehungsweise Gesamtstrahlung
erforderlich sein, so kann im Einzelfall nochmals eine abrasive Behandlung der Hauptoberflächen der Lumineszenzkonversionselemente erfolgen. Im Regelfall wird dies jedoch nicht nötig sein.
Anmeldungsgemäß wird ferner ein keramisches Lumineszenz¬ konversionselement mit einer Aussparung angegeben, welche gemäß einer oder mehreren der vorstehenden Aus führungs formen des Verfahrens erhalten werden kann. Die gebildeten
Lumineszenzkonversionselemente unterscheiden sich dabei von anderen keramischen Lumineszenzkonversionselementen gemäß dem Stand der Technik dahingehend, dass an den Hauptoberflächen des Lumineszenzkonversionselements das Einbringen des
Schnitts gemäß Verfahrensschritt C) anhand der Säge- bezie¬ hungsweise Schleifspuren erkennbar ist. Insbesondere kann aber auch an den lateralen Flächen des Lumineszenzkonversionselements im Bereich der Aussparung die Bearbeitung mit einem mechanischen Strukturierungsverfahren erkannt werden.
Das keramische Lumineszenzkonversionselement ist insbesondere plättchenförmig . Es kann ferner jede beliebige geometrische Form annehmen und nicht nur eine Aussparung sondern mehrere Aussparungen aufweisen. Dadurch können sich beispielsweise eine L-förmige, T-förmige oder kreuzförmige Gestalt des gebildeten Plättchens beziehungsweise einer anderen
gebildeten Form ergeben. Ein kreuzförmiges Plättchen kann beispielsweise dazu dienen, für vier in Quadratform
nebeneinander angeordnete Strahlungsquellen, die jeweils über einen Bond-Draht kontaktiert sind, ein gemeinsames
Lumineszenzkonversionselement zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer Aus führungs form kann das Lumineszenzkonversions¬ element zumindest eine Hauptoberfläche aufweisen, die
zumindest in Teilbereichen eine Strukturierung aufweist.
Mittels einer derartigen Strukturierung kann eine verbesserte Einkopplung und/oder Auskopplung von Strahlung in beziehungsweise aus dem Lumineszenzkonversionselement erfolgen.
Die Strukturierung kann gemäß einer Aus führungs form durch eine Aufrauung einer der Hauptoberflächen des Lumineszenzkonversionselements gebildet sein, es können aber auch auf der Hauptoberfläche zusätzliche Streuzentren, etwa aus
Aluminiumoxid, Titandioxid, Yttrium-Aluminium-Granat und/oder Yttrium-Oxid, gebildet sein.
Ein optoelektronisches Bauteil mit einem Lumineszenzkon¬ versionselement gemäß einer oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Aus führungs formen weist neben dem Lumineszenzkonversionselement noch mindestens einen strahlungsemittie- renden Halbleiterchip auf. Das Lumineszenzkonversionselement konvertiert dabei vom Halbleiterchip emittierte Primär¬ strahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung, sodass sich eine Gesamtstrahlung ergibt, die beispielsweise für den Betrachter als weißes Licht erscheint. Allerdings kann auch die Erzeugung anderer Farbeindrücke erwünscht sein.
Der Halbleiterchip kann dabei ein beliebiges Halbleitermaterial zur Emission der Primärstrahlung aufweisen.
Beispielsweise kann eine Emission von UV-Strahlung aus dem Bereich von 370 bis 400 nm erfolgen. Der Halbleiterchip kann ferner ein beispielsweise aus Gallium-Indium-Nitrid und/oder Gallium-Nitrid ausgewähltes Halbleitermaterial aufweisen, das bei elektrischer Ansteuerung insbesondere blaue
Primärstrahlung (beispielsweise 400 bis 480 nm) emittiert. In Kombination mit einem zu gelber Sekundärstrahlung
konvertierenden Lumineszenzkonversionsstoff (zum Beispiel einem Cer-dotierten Yttrium-Aluminium-Granat) kann hierbei ein weißes Licht emittierendes Bauteil erhalten werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Aus führungs formen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungs formen .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines
optoelektronischen Bauteils mit einem
Lumineszenzkonversionselement ,
Figuren 2A bis 2D eine Aus führungs form des Verfahrens zur
Herstellung der keramischen
Lumines zenzkonversionselemente,
Figuren 3A und 3B verschiedene Aus führungs formen
anmeldungsgemäß herstellbarer
Lumineszenzkonversionselemente .
Figur 4 eine fotografische Aufnahme der Oberfläche eines bei der Herstellung der Lumineszenzkonversions¬ elemente aus einem Formkörper erhaltenen Teilkörpers .
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Größen der
Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Das optoelektronische Bauteil gemäß Figur 1 weist einen
Leiterrahmen 7 auf. Auf einem ersten Teilbereich des
Leiterrahmens 7 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 6 befestigt. Auf diesem Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 6 ist ein L-förmiges, plättchenförmiges
Lumineszenzkonversionselement 4 angeordnet. Das Lumineszenz¬ konversionselement 4 kann beispielsweise auf den Halbleiter¬ chip 6 geklebt sein; der Einfachheit halber wurde aber auf die Darstellung einer KlebstoffSchicht verzichtet. Zwischen der dem Halbleiterchip 6 zugewandten Hauptoberfläche des Lumineszenzkonversionselements 4 und der nach oben zeigenden, dem Betrachter der erzeugten Strahlung zugewandten
Hauptoberfläche des Lumineszenzkonversionselements 4 ist dabei die Seitenfläche 40 des Lumineszenzkonversionselements 4 zu erkennen. Das Lumineszenzkonversionselement 4 weist eine Aussparung 5 auf, durch die man die dem Lumineszenzkonversionselement 4 zugewandte, freiliegende Seite des
Halbleiterchips 6 erkennt. Dieser freiliegende Eckbereich des Halbleiterchips 6 weist auf der dem Leiterrahmen 7
abgewandten Fläche eine elektrische Anschlussfläche 60 auf, die insbesondere ein Bondpad sein kann. Ein Bond-Draht 8 verbindet das Bondpad 60 mit einem zweiten Teilbereich des elektrischen Leiterrahmens 7, der von dem ersten Teilbereich des Leiterrahmens 7 elektrisch isoliert ist. Üblicherweise wird die Montage des Lumineszenzkonversionselements 4 mit der Aussparung 5 vor oder nach dem elektrischen Kontaktieren des Halbleiterchips 6 mittels des Bond-Drahts 8 erfolgen.
Das optoelektronische Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenbauelement handeln kann, weist bei einer Ausgestaltung eine Reflektorwanne auf, die beispielsweise aus einem Kunststoff oder Keramik-Material geformt ist, mit welchem der Leiterrahmen umspritzt ist. Die Reflektorwanne ist vorliegend zur vereinfachten Darstellung weggelassen. Figuren 2A bis 2D zeigen ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Lumineszenzkonversionselementen gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Anmeldung.
Figur 2A zeigt einen Formkörper aus einem
Lumineszenzkonversionsmaterial, beispielsweise einem Cer- dotierten Yttrium-Aluminium-Granat, der beispielsweise eine Abmessung von 20 x 20 mm und eine Dicke von 1 mm aufweisen kann. Mittels zweier Anschläge 20 wird die Lage des
Formkörpers 10 auf einer Unterlage 25 so justiert
beziehungsweise fixiert, dass eine Bearbeitung gemäß den Schritten B) und D) und/oder eine Einbringung von Schnitten gemäß Schritt C) möglich ist.
Figur 2B zeigt den Zustand, nachdem aus dem Formkörper 10 zwei Teilformkörper 11, 11' gebildet sind. In Figur 2B ist eine Aus führungs form gezeigt, bei der Verfahrensschritt D) vor Verfahrensschritt B) durchgeführt wird. Hierbei wird die erste Hauptoberfläche 12 des Formkörpers 10 so bearbeitet, dass ein zur ersten lateralen Oberfläche 13 des Formkörpers 10 paralleler Schnitt 14 eingebracht wird, sodass im Bereich der Schnittflächen jeweils ein zweiter bearbeiteter Bereich 16 (in Figur 2B verdeckt) entsteht.
Erfolgt die Bearbeitung der Teilkörper mittels einer
Schleifscheibe, so kann die Schleifscheibe eine wesentlich größere Dicke aufweisen als die einzubringende beispielsweise falzförmige Strukturierung. So kann die falzförmige
Strukturierung beispielsweise 150 bis 250 μπι breit sein, die Dicke der Schleifscheibe aber vier bis fünf Mal so dick.
Hinsichtlich der Abmessungen der Schleif- beziehungsweise Säge-Werkzeuge erfolgt durch anmeldungsgemäße Verfahren also weder in Schritt B) noch in Schritt C) oder D) eine
Einschränkung . Aus einem 20 x 20 mm großen Formkörper können dabei beispielsweise 14 stäbchenförmige, gleichartige Teilkörper 11 gebildet werden.
Figur 2C zeigt den Zustand, nachdem auch Verfahrensschritt B) durchgeführt wurde. Auch zur Durchführung des
Verfahrensschritts B) dienen die Anschläge 20 zur Justierung, sodass eine definierte Bearbeitung und eine definierte
Einbringung der Strukturierung erfolgen kann. In Figur 2C ist nur ein Teilkörper 11 gezeigt, grundsätzlich können aber auch mehrere Teilkörper 11 (mit gleichen, aber auch mit
unterschiedlichen geometrischen Formen) gleichzeitig in
Verfahrensschritt B) bearbeitet werden. In die erste
Hauptoberfläche 12 wird dabei eine Strukturierung
beziehungsweise ein erster bearbeiteter Bereich 15 nach Art eines Falzes eingebracht, beispielsweise mittels eines
Schleifverfahrens. Die Strukturierung verläuft hierbei wieder im Wesentlichen parallel zu der ehemals vorhandenen ersten lateralen Oberfläche 13 beziehungsweise dem in Schritt D) gebildeten zweiten bearbeiteten Bereich 16.
Figur 2D zeigt den Zustand nach Vereinzelung der
Lumineszenzkonversionselemente 4. Man erkennt, dass die mittels Schritt B) strukturierten stäbchenförmigen Teilkörper 11 auf einem Hilfsträger 17 angeordnet wurden. Der
Übersichtlichkeit halber wurde hierbei eine Darstellung gewählt, bei der der Hilfsträger 17 keine Ausnehmungen zum "Versenken" der Teilkörper 11 aufweist. Ein derartiger
Hilfsträger 17 könnte beispielsweise Ausnehmungen in Form paralleler Gräben aufweisen, in denen die stäbchenförmigen Teilkörper 11 beispielsweise zur Hälfte ihrer Höhe versenkt sind. Auch ein Fixierungsmittel zum Fixieren der Teilkörper 11 auf dem Hilfsträger 17 ist der Einfachheit halber nicht dargestellt .
In Figur 2D ist nun zu erkennen, dass sieben gleichartige stäbchenförmige Teilkörper 11 parallel zueinander nebeneinander angeordnet auf dem Hilfsträger 17 angeordnet sind und jeweils eine Strukturierung 15 in Form eines Falzes aufweisen. Durch die Vereinzelung gemäß Schritt C) sind am vorderen Ende der Teilkörper 11 Schnitte 18 eingebracht, die sich auch teilweise in den Hilfsträger 17 erstrecken. Mittels dieser Schnitte 18 wurde eine Vielzahl von
Lumineszenzkonversionselementen 4 erzeugt, bei denen eine Aussparung 5 zu sehen ist, die mittels der Schnitte aus der falzförmigen Strukturierung 15 gebildet wurden und die noch über den Hilfsträger 17 miteinander verbunden sind.
Das Einbringen der Strukturierung beziehungsweise der
Schnitte gemäß den Figuren 2B bis 2D kann beispielsweise mittels einer Präzisionssäge (etwa einer CNC-Säge) erfolgen. Wird beispielsweise ein Yttrium-Aluminium-Granat-Formkörper aus einem Aluminiumoxid-Träger gesägt, so ergibt sich ein in etwa gleicher Verschleiß durch beide Materialien.
Aus einem 20 x 20 mm großen Formkörper können wie erwähnt 14 Teilkörper 11 erhalten werden, woraus im Verfahrensschritt D) etwa 1300 Plättchen erhalten werden können. Die Abweichung der Dicke der Plättchen beträgt dabei 5 bis 7 μπι; die
Abweichung einer beispielsweise 190 x 190 μπι großen
Aussparung beträgt hierbei 6 bis 8 μπι (pro 190 μπι) . Die
Abweichung der Abmessungen des Konverters von 1000 x 1000 μπι beträgt dabei 5 bis 6 μπι.
Figur 3A zeigt Aufsicht auf die Hauptoberfläche eines
plättchenförmigen Lumineszenzkonversionselements 4 mit mehreren Aussparungen 5 für 8 Halbleiterchips 6, die jeweils mittels eines Bond-Drahts kontaktiert sind.
Lumineszenzkonversionselemente mit mehreren Aussparungen können beispielsweise für eine Array-artige Anordnung von Lumineszenzdiodenchips verwendet werden. Anwendungen
derartiger Arrays können beispielsweise Fahrzeugscheinwerfer oder Projektor-Lichtquellen sein. Um ein derartiges Lumineszenzkonversionselement zu erzeugen, muss mindestens zwei Mal ein Schritt B) erfolgen, d. h. es muss sowohl die erste als auch die zweite Hauptoberfläche des Formkörpers mit insbesondere nut-förmigen beziehungsweise falz-förmigen
Strukturierungen versehen werden.
Figur 3B zeigt eine entsprechende Anordnung eines
Lumineszenzkonversionselements mit vier Aussparungen, also für ein Array von vier LEDs, die jeweils mittels eines Bond- Drahts kontaktiert sind.
Figur 4 zeigt eine fotografische Aufnahme der Oberfläche zweier stäbchenförmiger Teilkörper 11, auf der deutlich die Spuren der Strukturierung mittels mechanischer Bearbeitung gemäß Schritt B) bzw. Schritt D) zu erkennen sind.
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 zur Herstellung eines ein keramisches Material umfassenden Lumineszenzkonversionselements (4) mit folgenden Schritten :
A) Bereitstellung eines Formkörpers (10) mit einer ersten Hauptoberfläche (12), einer zweiten Hauptoberfläche und einer ersten lateralen Oberfläche (13), wobei der Formkörper ein keramisches Material und einen Lumineszenzkonversionsstoff umfasst ;
B) Bearbeitung der ersten Hauptoberfläche (12) und/oder der zweiten Hauptoberfläche des Formkörpers (10) mittels eines Strukturierungsverfahrens , so dass zumindest ein erster bearbeiteter Bereich (15) und zumindest ein unbearbeiteter Bereich gebildet wird, wobei sich der erste bearbeitete
Bereich (15) im Wesentlichen parallel zur ersten lateralen Oberfläche (13) erstreckt;
C) Vereinzeln zu einer Mehrzahl der
Lumineszenzkonversionselemente (4) durch Schnitte (18), die im Wesentlichen orthogonal zur ersten lateralen Oberfläche (13) in die bearbeitete Hauptoberfläche des bearbeiteten Formkörpers (10, 11, 11') eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor oder nach Schritt B) zusätzlich der folgende Schritt durchgeführt wird:
D) Bearbeitung der ersten Hauptoberfläche (12) und der zweiten Hauptoberfläche, so dass zumindest zwei Teilkörper (11, 11') gebildet werden, die zumindest einen zweiten bearbeiteten Bereich (16) umfassen, der im Wesentlichen parallel zur ersten lateralen Oberfläche (13) verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der
Lumineszenzkonversionsstoff durch eine Dotierung des
keramischen Materials gebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das keramische Material aus Granaten der Seltenen Erden und der Erdalkalielemente ausgewählt ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Schritt B) , C) oder D) der mindestens eine bearbeitete Formkörper (10) und/oder mindestens einer der bearbeiteten Teilkörper (11, 11') auf einem Hilfsträger (17) befestigt wird .
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
der mindestens eine bearbeitete Formkörper (10) und/oder mindestens einer der bearbeiteten Teilkörper (11, 11') in einer Ausnehmung des Hilfsträgers (17) befestigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei
der Hilfsträger (17) aus Glas oder aus einer Keramik gebildet ist .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand der Hauptoberflächen des in Schritt A)
bereitgestellten Formkörpers (10) so eingestellt wird, dass er dem Abstand gegenüber liegender Seitenflächen (40) des in Schritt C) gebildeten Lumineszenzkonversionselements (4) entspricht .
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei
der Abstand der Hauptoberflächen des bereitzustellenden
Formkörpers (10) mittels Schleifen zumindest einer der
Hauptoberflächen eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in Schritt A) bereitgestellte Formkörper (10) erhalten wird, indem ein Grünkörper gesintert wird, der durch ein Spritzgussverfahren, mittels tape casting, Uniaxialpressen, kaltisostatischem Pressen, Heißpressen oder heißisostatischem Pressen hergestellt ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Vielzahl der in Schritt C) erhaltenen
Lumineszenzkonversionselemente (4) 50 bis 200 μπι beträgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der Schritte B) , C) und D) mittels Schleifen oder Sägen durchgeführt wird.
13. Keramisches Lumineszenzkonversionselement (4) mit einer Aussparung (5), erhältlich gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Lumineszenzkonversionselement nach Anspruch 13, wobei zumindest eine der Hauptoberflächen des
Lumineszenzkonversionselements (4) zumindest teilweise eine Strukturierung zur verbesserten Einkopplung und/oder
Auskopplung von Strahlung aufweist.
15. Optoelektronisches Bauteil mit einem
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (6) und einem
keramischen Lumineszenzkonversionselement (4) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei das Lumineszenzkonversionselement (4) eine vom Halbleiterchip (6) emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung konvertiert.
EP11779666.4A 2010-11-09 2011-11-08 Lumineszenzkonversionselement, verfahren zu dessen herstellung und optoelektronisches bauteil mit lumineszenzkonversionselement Withdrawn EP2638576A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010050832A DE102010050832A1 (de) 2010-11-09 2010-11-09 Lumineszenzkonversionselement, Verfahren zu dessen Herstellung und optoelektronisches Bauteil mit Lumineszenzkonversionselement
PCT/EP2011/069652 WO2012062758A1 (de) 2010-11-09 2011-11-08 Lumineszenzkonversionselement, verfahren zu dessen herstellung und optoelektronisches bauteil mit lumineszenzkonversionselement

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EP2638576A1 true EP2638576A1 (de) 2013-09-18

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