JP4791951B2 - 照明モジュールおよび該照明モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
Claims (41)
- 電気接続導体を有するチップ支持体上に取り付けられている少なくとも1つの薄膜発光ダイオードチップが設けられており、該薄膜発光ダイオードチップは、第1および第2の電気端子面ならびにエピタキシャル成長により形成された半導体層列を有する形式の、発光半導体素子において、
前記半導体層列は、n導電形半導体層と、p導電形半導体層と、該半導体層双方の間に配置された電磁放射発生領域を有しており、
前記半導体層列は支持体上に配置されており、
前記半導体層列は該支持体に向かう主表面に反射層を有しており、該反射層は前記半導体層列において発生される電磁放射の少なくとも一部分を該半導体層列へ向けて反射して戻し、
前記半導体層列は、微細構造化され粗面化された少なくとも1つの面をもつ少なくとも1つの半導体層を有しており、
前記半導体層列は出力結合面を有しており、該出力結合面は前記反射層とは反対側の主表面により規定されており、
前記発光半導体素子はケーシングフレーム(17)を有しており、該ケーシングフレームは、前記チップ支持体(4)の上に配置されており、または該チップ支持体とは異なるものであり電気接続導体(9,10)を有するケーシング底部上に配置されており、該ケーシング底部の上に前記チップ支持体(4)が取り付けられており、該チップ支持体(4)は前記ケーシング底部の接続導体(9,10)と電気的に接続されており、
前記ケーシングフレーム(17)は前記ケーシング底部とともにケーシング中空部を規定しており、該ケーシング中空部内に薄膜発光ダイオードチップ(1)が配置されており、
前記発光半導体素子は放射透過性のカバープレートを有しており、該カバープレートの取り付けによりケーシング中空部の開口部が覆われ、および/または該ケーシング中空部の開口部が封止され、
前記半導体層列はUV領域の波長をもつ電磁放射を発生し、
前記薄膜発光ダイオードチップは0μmよりも大きく100μm以下の厚さを有しており、
前記薄膜発光ダイオードチップの放射方向において後方にルミネセンス変換材料が配置されており、該ルミネセンス変換材料は、前記薄膜発光ダイオードチップから送出された電磁放射のうち少なくとも一部分を波長変換し、
前記薄膜発光ダイオードチップの出力結合面は、モールド材料またはカプセル封止材料のようなケーシング材料によって覆われておらず、
該薄膜発光ダイオードチップの出力結合面は、ガスで充填された領域および/または真空状態にされた領域と接しており、
前記ルミネセンス変換材料は、前記ガスで充填された領域および/または真空状態にされた領域と接しており、前記ケーシング中空部の内部に向いた前記カバープレートの主表面に変換層として取り付けられており、
前記ルミネセンス変換材料は、薄膜発光ダイオードチップに向いた主表面に粗面化構造を有しており、前記変換層の粗面化構造は、前記発光半導体素子から送出された電磁放射の波長のオーダにあり、
前記変換層の粗面化構造は不規則であり、
前記変換層の粗面化構造は複数の部分面を有しており、該複数の部分面は前記半導体層列の主延在面に対し斜めに位置し該主延在面とそれぞれ異なる複数の角度を成しており、該角度に関して前記複数の部分面は統計的に前記変換層全体にわたって分散されており、
前記変換層は複数のクリスタリットを有しており、前記変換層の粗面化構造は、該クリスタリットの形状により規定されていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1記載の発光半導体素子において、
前記半導体層列はInxAlyGa1-x-yNただし0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1である系から成る少なくとも1つの材料を有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1または2記載の発光半導体素子において、
前記半導体層列が前記支持体の上に配置されており、該支持体は支持体基板であることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項3記載の発光半導体素子において、
前記支持体は半導体支持体基板であることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から4のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記半導体層列が前記支持体の上に配置されており、該支持体はチップ支持体であることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から5のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ケーシング中空部は、ケーシングベースボディとともに変形されたリードフレームにより規定されており、
前記ケーシングベースボディの底部は該ケーシング底部に一体化された前記リードフレームの部分とともにチップ支持体またはケーシング底部を成していることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から6のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ケーシングベースボディはプラスチックから成ることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から5のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記チップ支持体または前記ケーシング底部は、有利には銅を含む金属プレートを有する配線板であり、該配線板は前記薄膜発光ダイオードチップにおける第1の電気端子面と導電的および熱伝導的に接続されていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から8のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ケーシング中空部の内壁に少なくとも部分的に、半導体素子において発生する電磁放射に対し反射性の層が設けられていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から9のいずれか記載の発光半導体素子において、
前記反射性の層はTiO2,Ag,AlまたはAuを有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項9記載の発光半導体素子において、
前記反射層は導電性であり、かつ薄膜発光ダイオードチップの第2の電気端子面と電気的に接続されていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から11のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ケーシング中空部の内壁に少なくとも部分的に拡散材料が設けられており、または半導体素子において発生する電磁放射を拡散反射させる層が設けられていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から12のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ケーシング中空部は気密および/または水密に封止されていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から13のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記カバープレートは少なくとも、半導体素子から放出される電磁放射の放射整形用の光学的な機構を有するように形成されており、有利にはフォーカシング機構を有するように形成されていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から14のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記カバープレートはガラス、石英ガラス、セラミックスまたはガラスセラミックスという材料のうち少なくとも1つの材料から成ることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から15のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記カバープレートに拡散材料が設けられており、該拡散材料はカバープレート中に含まれており、および/または該カバープレートの上に取り付けられていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から16のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記カバープレートの少なくとも1つの主表面は粗面化構造を有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から17のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ケーシング中空部の内部に向かうカバープレート主表面は粗面化構造を有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項17または18記載の発光半導体素子において、
前記カバープレート主表面の粗面化構造は不規則であることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から19のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記カバープレート主表面の粗面化構造は複数の部分面を有しており、該複数の部分面は前記半導体層列の主延在面に対し斜めに位置し該主延在面とそれぞれ異なる複数の角度を成しており、たとえば該角度に関して前記複数の部分面は統計的に前記主表面全体にわたって分散されていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項17から20のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
粗面化されたカバープレート主表面の構造は、半導体素子から送出される電磁放射の波長のオーダにある構造サイズを有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から21のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記ルミネセンス変換材料は、変換特性および/または粒子サイズに関して少なくとも2つの異なる発光物質を有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から22のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記カバープレートに、前記ルミネセンス変換材料の少なくとも一部分が組み込まれていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1記載の発光半導体素子において、
前記カバープレートの主表面のうち少なくとも1つは前記ルミネセンス変換材料によって完全に覆われていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から24のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記半導体素子は少なくとも2種類の薄膜発光ダイオードチップを有しており、該薄膜発光ダイオードチップはそれぞれ異なる波長の可視光を送出し、該可視光は混合されて白色光を送出することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項25記載の発光半導体素子において、
少なくとも1種類の薄膜発光ダイオードチップの半導体層列は、InxGayAl1-x-yPただし0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1である系から成る少なくとも1つの材料を有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から26のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記薄膜発光ダイオードチップは0μmよりも大きく10μm以下の厚さを有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項1から27のいずれか1項記載の発光半導体素子において、
前記薄膜発光ダイオードチップの少なくとも1つの電気端子面と前記チップ支持体の電気接続導体との間に、導電性の放射透過性材料の層により構成されている電気接続導体が設けられていることを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項28記載の発光半導体素子において、
前記導電性の放射透過性材料は、少なくとも1つの透明な導電性酸化物(TCO)を有することを特徴とする、
発光半導体素子。 - 請求項28または29記載の発光半導体素子の製造方法において、
a)第1および第2の電気端子面を備えた少なくとも1つの薄膜発光ダイオードチップと、少なくとも1つの第1の電気接続導体および少なくとも1つの第2の電気接続導体を備えたチップ支持体を準備するステップと、
b)該チップ支持体上に前記薄膜発光ダイオードチップを取り付けるステップと、
c)前記第1の電気端子面を前記第1の電気接続導体と電気的に接続するステップと、
d)少なくとも、前記薄膜発光ダイオードチップの第2の電気端子面と電気的に接続されてはならないすべての導電性の空き平面を、電気的に絶縁性の材料で被層するステップと、
e)前記薄膜発光ダイオードチップの第2の電気端子面と前記第2の接続導体との間の電気接続を、前記チップ支持体および前記薄膜発光ダイオードチップを導電性の放射透過性材料を用いて面全体にわたり被層し、ついで熱処理することによって形成するステップ、
を有することを特徴とする、発光半導体素子の製造方法。 - 請求項30記載の方法において、
前記第1の電気端子面を前記薄膜発光ダイオードチップの裏面に接触接続可能にし、
前記ステップb)およびステップc)を、前記薄膜発光ダイオードチップの該裏面を前記第1の電気接続導体にはんだ付けまたは接着することにより同時に行うことを特徴とする方法。 - 請求項30または31記載の方法において、
前記ステップe)の前に、前記第2の電気端子面を接触接続可能にする面に電気接触材料を取り付けることを特徴とする方法。 - 請求項32記載の方法において、
前記電気接触材料を、狭いストライプの形状または小さい部分領域に制限された複数の層の形状の薄い層として設けることを特徴とする方法。 - 請求項30から33のいずれか1項記載の方法において、
電気的に絶縁性の材料を用いた被層を、該材料を最初にチップ支持体と薄膜発光ダイオードチップに取り付け、ついで有利にはリソグラフィによって、第2の電気端子面を電気的に接触接続可能にする面ならびに第2の電気接続導体が露出されて少なくとも部分的に電気接続が行われるよう構造形成することによって行うことを特徴とする方法。 - 請求項30から33のいずれか1項記載の方法において、
電気的に絶縁性の材料による前記被層をスクリーン印刷により行うことを特徴とする方法。 - 請求項30から35のいずれか1項記載の方法において、
前記電気的に絶縁性の材料をはんだレジストによって構成することを特徴とする方法。 - 請求項30から34のいずれか1項記載の方法において、
前記電気的に絶縁性の材料はSiO2を有することを特徴とする方法。 - 請求項30から33のいずれか1項記載の方法において、
複数の発光半導体素子を同時に製造し、前記チップ支持体は、少なくとも1つの第1の電気接続導体と少なくとも1つの第2の電気接続導体をそれぞれ有する複数のコンポーネント区間を有しており、ついで前記半導体素子を個別化することを特徴とする方法。 - 請求項38記載の方法において、
前記コンポーネント区間をライン状に少なくとも1つのラインとして配置することを特徴とする方法。 - 請求項39記載の方法において、
個々のラインをチップ支持体におけるスリットにより互いに分け隔てることを特徴とする方法。 - 請求項30から40のいずれか1項記載の方法において、
前記半導体層列から成長基板を除去して、前記薄膜発光ダイオードチップの出力結合面を露出させ、または形成することを特徴とする方法。
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