WO2009152908A2 - Light-emitting chip and light-emitting apparatus having such a light-emitting chip - Google Patents

Light-emitting chip and light-emitting apparatus having such a light-emitting chip Download PDF

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WO2009152908A2
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Definitions

  • the invention relates to a light chip with
  • the invention relates to a lighting device with
  • Bond area comprises
  • semiconductor structures made of wafer material used in such luminous chips are constructed on the carrier substrate, for example a layer of sapphire glass, by means of photolithographic and / or dry-etching methods known per se. Due to the carrier substrate, the light-emitting chip obtains its mechanical stability, since the pure wafer material is very brittle.
  • the carrier substrate for example a layer of sapphire glass
  • the light-emitting chip obtains its mechanical stability, since the pure wafer material is very brittle.
  • individual or a plurality of semiconductor structures constructed in this way are cut out as individual light-emitting chips, which are also referred to as LED chips, with which the corresponding number of carrying carrier substrates are cut so that they can be installed as individual light-emitting chips in a lighting device.
  • a separate semiconductor structure or a single light-emitting chip must be wired in a separate production step by means of a bonding device in a manner known per se, wherein a connection conductor which can be connected to a voltage source is wired directly to one of the bond regions of the semiconductor structure.
  • the bonding wires used are extremely thin and vulnerable, so the LED chip must be encapsulated immediately after bonding to protect the wire bond.
  • the object of the invention is to provide a light chip of the type mentioned, which is less sensitive to handling and can be installed easily after its preparation.
  • the carrier substrate carries a contact layer on at least one surface region projecting beyond the semiconductor structure, which contact layer is electrically conductively connected to the bonding region of the semiconductor structure.
  • the useful surface of the carrier substrate is thus not only used to receive the semiconductor structure, but also used as a substrate for a contact layer. About this Clock layer, the light chip can then be electrically connected. If the contact layer is chosen to be sufficiently large, this connection can be made via more secure and more stable electrical connections with respect to fine bonding wires.
  • the contact layer is arranged on a surface area of the carrier substrate projecting beyond the semiconductor structure.
  • the contact layer can have the same spatial orientation as the bonding region of the semiconductor structure connected to it.
  • the contact layer extends substantially parallel to the bonding region of the semiconductor structure connected to it.
  • the contact layer is obtained by vapor deposition of a metal or a metal alloy, in particular a copper alloy, a gold alloy, a silver alloy or an aluminum alloy , In this case, known and established techniques can be used.
  • the contact layer offers a contact surface which has an areal extent of from about 20% to about 80%, preferably from about 30% to about 70%, more preferably about 40 % to about 60%, and more preferably about 50% of the area of the largest active confinement surface of the semiconductor structure. In this way, a contact surface which can be contacted well in relation to the size of the semiconductor structure is available.
  • a good and lasting electrical connection between the contact layer and a bonding region can be achieved by the contact layer being connected to the bonding region connected to it by means of an electrically conductive material web.
  • the material web comprises metal particles, in particular copper or silver particles, or a mixture thereof.
  • the metal particles are homogeneously distributed in a carrier material, in particular a two-component material, preferably a two-component adhesive.
  • a carrier material in particular a two-component material, preferably a two-component adhesive.
  • Such a material web can be printed, for example, in a conventional manner on the light chip.
  • the material web can advantageously be obtained by vapor deposition of a metal or a metal alloy, in particular a copper alloy, a gold alloy, a silver alloy or an aluminum alloy.
  • the carrier substrate has a thickness which is approximately 10 times to approximately 10 times, preferably 20 times to approximately 30 times, the height of the semiconductor structure.
  • the luminescent chip also satisfies relatively high demands on its mechanical stability.
  • connection device is electrically conductively connected to the contact layer of the luminous chip.
  • the electrical wiring of the luminous chip with the connection device can thus be present via the contact layer via stable and permanent connections and no longer has to be done directly by way of fine bonding wires via the bond regions of the semiconductor structure.
  • the luminous chip is carried by a printed circuit board, wherein the connecting device is designed as a connecting track on the printed circuit board.
  • the connecting device is designed as a connecting track on the printed circuit board.
  • a plurality of light-emitting chips can be arranged on a single printed circuit board, so that a high-luminance module can be created.
  • a good and optionally large-area lighting effect can be achieved if a light guide element is provided and the light-emitting chip is arranged such that light emitted by it is coupled into the light guide element.
  • the light guide element is plate-shaped.
  • the light chip can be arranged laterally next to a narrow surface of the light guide element, so that a main surface of the light guide plate can be used completely as a light source.
  • the light chip is arranged in a groove which is provided in a main surface of the light guide element.
  • At least one side of the light-emitting chip is at least partially opposite a reflection layer which reflects light emitted by the light-emitting chip in the direction of the interior of the light guide element.
  • the light-emitting chip is at least partially coupled to the light guide element via a light-conducting material.
  • the photoconductive material is a silicone material, in particular a silicone oil, heat can advantageously be removed from the luminous chip at the same time.
  • the wavelength of the light emitted by the light-emitting chip does not coincide with a desired wavelength, this can be adjusted by the light-emitting device comprising a phosphor layer in which phosphor particles are preferably homogeneously distributed, which absorb light emitted by the light-emitting chip and in turn light of a different wavelength emit.
  • Such phosphor particles comprise phosphors and absorb radiation impinging on them and emit radiation at least in another (longer) wavelength. With a suitable choice of phosphor particles or phosphor particle mixtures, therefore, the radiation emitted by the light chip can be converted into radiation with a different spectrum. In order to support the dissipation of heat generated by the light-emitting chip, it is favorable if it is connected to a heat sink in a heat-conducting manner.
  • the light device can generate light in a multiplicity of mixed colors.
  • the first color is red
  • the second color is green
  • the third color is blue. In this way, light can be generated in almost all colors of the visible spectrum.
  • FIG. 1 shows a side view of a first exemplary embodiment of a light-emitting chip with a semiconductor structure
  • Figure 2 is a plan view of the light chip of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a side view of a second exemplary embodiment of the luminous chip, wherein it comprises two semiconductor structures
  • Figure 4 is a plan view of the luminous chip of Figure 3;
  • FIG. 5 is a plan view of a first lighting unit, which comprises three light-emitting chips of FIG. 1 connected in parallel electrically via two connecting paths;
  • FIG. 6 shows a plan view of a second lighting unit, in which four light-emitting chips according to FIG. 1 are arranged alternately on opposite sides of two connecting lines;
  • Figure 7 is a plan view of a third lighting unit, which comprises three electrically connected in series light chips according to Figure 1;
  • FIG 8 shows a section of a fourth lighting unit, in which a printed circuit board is equipped on one side with a plurality of light-emitting chips according to Figure 1, along the section lines VI II-VI I I in Figures 9 and 10.
  • Figure 9 is a plan view of the equipped with the light emitting contact side of the circuit board of Figure 8.
  • FIG. 10 shows a plan view of the side of the printed circuit board of FIG. 8 opposite the contact side
  • FIG. 11 shows a plan view corresponding to FIG. 9 of a fifth lighting unit
  • FIG. 12 shows a plan view corresponding to FIGS. 9 and 11 of a sixth lighting unit
  • Figure 13 is a plan view of a lighting element with a
  • Light guide plate in the edge of which light is coupled by means of a lighting unit
  • FIG. 14 shows a section of the luminous element according to FIG. 13 along the section line XIV-XIV there;
  • Figure 15 is a section of a modified luminous element with a light guide plate in which a lighting unit is arranged in a groove in a light guide plate.
  • FIGS. 1 and 2 designates a luminescent chip as a whole, which comprises a semiconductor structure 12.
  • the semiconductor structure 12 is composed of three layers.
  • a lying in Figure 1 below layer 14 is an n-conducting layer, which z. B. of n-GaN or n-InGaN.
  • a middle layer 16 is an MQW layer.
  • MQW is the abbreviation for "Multiple Quantum Well”.
  • An MQW material is a superlattice which has an electronic band structure modified according to the superlattice structure and accordingly emits light at other wavelengths. The choice of the MQW layer can influence the spectrum of the radiation emitted by the p-n semiconductor structure 12.
  • An upper layer 18 is made of a p-type III-V semiconductor material, for example of p-GaN.
  • the semiconductor structure 12 has a circumferential U-shaped circumferential step 20, the step surface 22 extends at a distance from the MQW layer 16. In this way, the n-conductive layer 14 projects laterally beyond the MQW layer 16 and the p-conductive layer 18 in the region of the step surface 22.
  • Step surface 22 is covered by a correspondingly U-shaped vapor-deposited conductor track 24 with two electrically parallel conductor tracks 24a and 24b and a conductor track 24c extending perpendicularly thereto (see FIG. 2).
  • the conductor 24c forms an n-bond region to the n-type layer 14.
  • a conductor 28 vapor-deposited which forms a p-bond region to the p-type layer 18.
  • three interconnects 30a, 30b, 30c extending side by side extend into the region 26 of the p-type layer 18.
  • the free ends of the two outer conductor tracks 30a and 30c are angled in each case by 90 ° in the direction of the middle conductor track 30b, as can be clearly seen in FIG.
  • the formation of the conductor tracks for contacting the semiconductor structure 12 may vary depending on the field of application and performance of the semiconductor structure and be adapted to certain requirements to be met, as it is known per se. In principle, any known semiconductor structure which emits light when voltage is applied can be installed in the luminous chip 10.
  • the region 26 of the semiconductor structure 12 has a gain of 280 ⁇ m ⁇ 280 ⁇ m to 1 800 ⁇ m ⁇ 1 800 ⁇ m.
  • the height of the semiconductor structure 12 is about 5 microns to 10 microns.
  • the tracks 24a, 24b and 24c are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy. Alternatively, silver or aluminum alloys may also be used. Gold may be provided in the region of the n-bond region 24c and the p-bond region 28, which is doped in a manner known per se for connection to a p-conductive layer or an n-conductive layer.
  • the semiconductor structure 12 is supported by a carrier substrate 32.
  • the carrier substrate 32 may be sapphire glass, which is also known by the name of corundum glass (Al 2 O 3 -GlS).
  • the support substrate 32 has a thickness of about 100 ⁇ m to 150 ⁇ m However, it can also have other thicknesses, which may be between 5 .mu.m and 600 .mu.m, for example.
  • the carrier substrate 32 may also be formed by undoped wafer material on which the semiconductor structure 12 is constructed with techniques known per se. In this case, the semiconductor structure 12 is integrally connected to the carrier substrate 32.
  • the carrier substrate 32 terminates flush with the semiconductor structure 12 on the respective side with the conductor tracks 24a and 24b.
  • the carrier substrate 32 is respectively provided with a first area region 34 and a second area region 36 over the semiconductor structure 12 above.
  • the carrier substrate carries in each case a first contact layer 38 and a second contact layer 40, which are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy.
  • a first contact layer 38 and a second contact layer 40 which are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy.
  • the first contact layer 38 is electrically conductively connected to the p-bond region 28 of the semiconductor structure 12 by means of a first material web 42 made of an electrically conductive material.
  • the second contact layer 40 is electrically conductively connected by means of a second material web 44 made of an electrically conductive material to the n-bonding region 24c of the semiconductor structure 12.
  • the first and second material webs 42, 44 can be obtained, for example, by curing a viscous electrically conductive material.
  • the material of the material webs 42, 44 for example, copper or silver particles or a mixture thereof may be homogeneously distributed.
  • a support material for example, a two-component material, such as a two-component adhesive, into consideration.
  • the material webs 42, 44 may alternatively also be obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy, silver or aluminum alloys, or optionally doped gold.
  • first and second contact surface 46 and a second contact surface 48 remain in the first and second contact layers 38 and 40, respectively.
  • the first and the second contact surface 46, 48 are different in size in the embodiments shown here, but may also be the same size.
  • a dielectric 52 is provided, which prevents a conductive connection between the individual layers 14, 16 and 18 of the semiconductor structure 12.
  • the light-emitting chip 10 is formed in this way as a rather robust structural unit, which can be connected via its first and its second contact surface 46 and 48 with acipsguel- Ie.
  • a modified light chip 10 ' is shown in FIGS. 3 and 4, components which correspond to components of the light chip 10 bearing the same reference numerals.
  • two semiconductor structures 12a and 12b are electrically connected in series, including the conductor track 24c of are connected in the figures 3 and 4, the left semiconductor structure 12a to the circuit surface 28 of the second semiconductor structural ⁇ tur 12b via a third web of material 54 electrically conductive, which bridges the distance between the semiconductor structures 12a and 12b. This is in the order of 100 microns.
  • the third web of material 54 may be formed of one of the materials discussed above with respect to the first and second webs of material 42 and 44.
  • the first contact layer 38 having the first contact surface 46 adjacent to the p-bonding region 28 side of the semiconductor structure 12a and the second contact layer 40 including the second contact surface 48 adjacent to the n-bonding region 24c side of the semiconductor structure 12b arranged.
  • FIG. 5 shows a first lighting unit 56.
  • this lighting unit 56 three light-emitting chips 10a, 10b and 10c are electrically connected in parallel.
  • the first contact layers 38 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c are electrically conductively connected to one another via a first connection track 58, which may be rigid or flexible.
  • the first connection track 58 is soldered to the first contact surfaces 46 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c or adhesively bonded by means of an adhesive conductor paste known per se.
  • the second contact layers 40 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c are electrically conductively connected to one another via a second connection track 60, which may also be rigid or flexible.
  • the second connection track 60 is soldered or electrically conductively bonded to the second contact surfaces 48 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c.
  • FIG. 6 shows a modified second lighting unit 62 in which four light-emitting chips 10a, 10b, 10c and 10d are electrically connected in parallel as explained above.
  • every second lighting chip 10b and 10d or 10a and 10c on the other side of the connecting paths 58 and 60 are connected to these as each first lighting chip 10a and 10c or 10b and 10d , In this way, the efficiency of the light emission of the lighting element 62 in the space opposite the first lighting unit 56 can be increased.
  • the light-emitting chips 10a and 10c are arranged so that their
  • Contact surfaces 46 and 48 have in the same direction as the active surface 50 of the light emitting diodes 10b and 10d.
  • FIG. 7 shows a third lighting unit 64.
  • three light-emitting chips 10a, 10b and 10c are connected by means of two printed circuit boards.
  • NEN 66a, 66b electrically connected in series.
  • the first contact layer 38 of the light chip 10a is connected to a first connection track 68 and the second contact layer AO of the third light chip 10c is connected to a second connection track 70.
  • the connection tracks 68 and 70 can then be connected to the terminals of a voltage source.
  • FIGS. 8, 9 and 10 show a fourth lighting unit 72, in which a rigid elongated printed circuit board 74 made of plastic is equipped with a plurality of light-emitting chips 10, wherein three light-emitting chips 10a, 10b and 10c can be seen.
  • the printed circuit board IA has perforations 76 at regular intervals, which are large enough for a respective semiconductor structure 12 to be accommodated therein.
  • U-shaped printed conductors 80 are applied between the openings 76, which are e.g. can be obtained by vapor deposition of copper-gold alloys o- or silver or aluminum alloys.
  • an elongated connection track 82 is provided, of which only one can be seen in FIGS. 8 to 10.
  • the light-emitting chips 10 are arranged on the printed circuit board 74 in such a way that their semiconductor structures 12 each protrude into an opening 76 (cf., FIG. 8) and are electrically connected in series via the conductor tracks 80 and the connection tracks 82. In the case of a suitably adapted course of the conductor tracks 80, of course, an electrical parallel connection of the light-emitting chips 10 is also possible.
  • FIG. 10 shows a view of the side 84 of the printed circuit board 74 opposite its firing side 78. Due to the openings 76 in the circuit board 74, the fourth light unit 72 also emit light on this page 84.
  • FIG. 11 shows a fifth lighting unit 86, in which components which correspond to components of the fourth lighting unit 72 bear the same reference numerals.
  • the fifth lighting unit 86 two light-emitting chips 10a and 10b are electrically connected in series via a single U-shaped conductor 80 and the connection tracks 82.
  • the base leg 80a of the U-shaped conductor track 80 is pulled longer in relation to the conductor tracks 80 of the fourth light-emitting unit 72, so that the legs 80b and 80c extend at a greater distance from one another than there.
  • an opening 88 is provided in the printed circuit board 74, whereby material can be saved in the production of the printed circuit board 74.
  • a sixth lighting unit 90 is shown, which substantially corresponds to the fifth lighting unit 86, but three lighting chips 10a, 10b and 10c are electrically connected in series via the conductor tracks 80 and the connecting tracks 82.
  • FIGS. 13 and 14 show a first lighting unit 92 with a luminous structure 94, which comprises a holder 96 which carries a lighting unit 95, which is formed by one of the first to sixth lighting units 56, 62, 64, 72, 86 or 90 can.
  • the connection of the luminous structure 94 to a voltage source is known per se, for which reason it will not be discussed in more detail here.
  • the lighting unit 92 comprises a planar light guide plate 98 made of transparent acrylic glass.
  • the light guide plate 98 may also be made of another homogeneous translucent material, such as a glass or an epoxy resin.
  • the light guide plate 98 is preferably clear.
  • the light guide plate 98 On a narrow surface 100, the light guide plate 98 carries a housing 102 having a parabola-shaped housing wall 104 and here not specifically provided with a reference numeral end walls, which define an interior space 106. In this, the luminous structure 94 is arranged.
  • the inner space 106 of the housing 102 is filled with a light-conducting liquid in the form of liquid silicone oil 108, which is indicated in FIG. 14 and guides light emitted by the luminous structure 94 to the narrow area 100 of the light guide plate 98. At the same time, heat generated by the luminous structure 94 is dissipated to the outside of the housing wall 104 of the housing 102 by the silicone oil 108.
  • the holder 96 of the luminous structure 94 is made of a good heat-conducting material and heat-conductively coupled to the housing wall 104, which in turn is also made of good heat-conducting material.
  • the housing wall 104 On its outer side 110, the housing wall 104 carries a heat sink 112, which absorbs the heat and releases it to the outside.
  • the inner side 114 of the housing 22 is provided with a reflection layer 116, whereby light, which is first emitted by the light-emitting structure 94 in a direction away from the light guide plate 98, is reflected onto the same or its narrow surface 100. This is indicated in FIG. 14 by an arrow 118.
  • a coupling device 120 Arranged on the narrow surface 100 of the light guide plate 98 is a coupling device 120, which is bounded on the outside by the housing 102. This includes one of the narrow surface 100 of the light guide plate 98 immediately adjacent lens plate 122, which comprises a plurality of plano-convex converging lenses 124 and is made for example of acrylic glass. By means of the collecting lenses 124, light emitted by the luminous structure 94 is collimated into the optical waveguide plate 98.
  • the coupling device 120 comprises a phosphor layer 126 which, viewed in the direction of the narrow surface 100 of the light guide plate 98, is arranged in front of the lens plate 122.
  • This comprises fine phosphor particles 128 which are homogeneously distributed in silicone oil not specifically provided with a reference numeral.
  • the phosphor particles 128 are made of color centered transparent solid state materials.
  • the phosphor particles 128 can also each be a mixture of several different types of phosphor particles.
  • the semiconductor structures 12 of the luminescent chips 10 made of p-GaN / n-InGaN emit ultraviolet light and blue light in a wavelength range of 420 nm to 480 nm when a voltage is applied.
  • the radiation emitted by the luminous structure 94 can thus be converted into radiation with a spectrum which is adapted to a desired spectrum; e.g. can be generated as white light.
  • the illumination unit 92 emits blue light.
  • the coupling device 120 further comprises a thin acrylic plate 130, which is prevented with that
  • Phosphor particles 128 provided silicone oil of the phosphor layer 126 is mixed with the silicone oil 108 in the interior 106 of the housing 102.
  • Lighting unit 92 are each provided on further narrow surfaces of the light guide plate 98 in a corresponding manner lighting structures 94.
  • the housing 102 may be between a few mm and several cm wide so that it can cooperate with a correspondingly thick light guide plate 98 in each case. At the top, this width can be e.g. It can be up to three cm, but it can also be over it, depending on the desired application.
  • FIG. 15 shows a second illumination unit 132, in which components which correspond to those of the first illumination unit 92 are provided with the same reference numerals.
  • the luminous structure 94 is arranged in a groove 134 which is provided in a main surface 136 of the lightguide plate 98.
  • a coupling device 120 is provided at each groove wall 138, 140.
  • a reflection film 144 is mounted, which within the light guide plate 98 extending radiation, which strikes the reflective film 114, reflected back into the light guide plate 98 back.
  • the groove 134 is closed by a cover 150, through which the holder 96 of the light-emitting structure 94 is connected in a heat-conducting manner to a cooling plate 152 attached to the outside of the light guide plate 98.
  • the groove 134 is filled with silicone oil 108, which dissipates heat generated by the luminous structure 94 toward the cover 150.
  • the cover 150 carries a reflection layer 154 on its side pointing toward the groove bottom 142. Radiation emitted by the luminous structure 94 is emitted by the reflection surfaces 146, 148 and the reflection layer 154 and is not emitted in the direction of the coupling devices 120 or groove walls 138, 140 , deflected in the direction of the coupling devices 120. This is illustrated in FIG. 15 by the arrow 118 indicating a ray trajectory.
  • a light chip 10 can be electrically connected without having to resort to the susceptible wire bonding.
  • the connection to electrical system can be made by safer methods and more reliable electrical connections, such as soldering and soldering.
  • a light chip 10, 10 ' is so robust that it can be handled like an SMD component known from electronics, that is, for example, as a resistor or a capacitor.
  • the contact layers 38 and 40 in conjunction with the material webs 42 and 44, so that a light chip 10, 10 'optionally also without heat dissipation via a heat-conductive liquid, as used in the lighting units 92 and 132 , can be used.
  • the contact layers 38 and 40 may optionally be connected to a heat sink in a heat-conducting manner.
  • the emission surface of the luminous chip 10, 10 ' is at the base of the carrier substrate 32 is increased. This emits light over its entire outer surface remote from the semiconductor structure 12. If necessary, this surface can be roughened, so that in addition scattering effect can be used.
  • a light chip 10, 10 'as a component can be freely worn, which is apparent from the light units 56, 62, 64, 72, 86 or 90.
  • the light units 56, 62, 64, 72, 86 and 90 each have a plurality of light chips 10 are available. These can have different semiconductor structures 12 which emit in the red, green and blue, whereby the lighting units 56, 62, 64, 72, 86 and 90 each form RGB lighting units. If the lighting unit 95 of the lighting units 92 or 132 is formed from such RGB lighting units 56, 62, 64, 72, 86 or 90, then the lighting unit 92 or 132 dispenses with the phosphor layer 126 with the phosphor particles 128 and instead a diffusion layer 156, as it is known per se, for example in the form of a film. This is indicated in FIGS. 14 and 15 by the reference numeral 156 in brackets. White light is used in this case by that red, green and blue light of the corresponding light-emitting phosphor chip 10 is mixed.
  • the layer 126 is formed without phosphor particles 128 from, for example, silicone oil and possibly additionally the diffusion layer 156 is provided.
  • the lighting units 56, 62, 64, 72, 86 or 90 are formed as RGB lighting units
  • two adjacent light-emitting chips 10 are arranged in one embodiment at a distance of 3 mm to 7 mm, preferably 5 mm from each other.
  • luminous chips 10 of individual colors can emit light in only one direction, they can alternatively be arranged alternately on opposite sides of a carrier medium in order to obtain radiation in all spatial directions by the lighting unit 95.

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Abstract

A light-emitting chip comprises at least one semiconductor structure (12) which emits light when a voltage is applied and which comprises at least one bond area (28, 24c), and also a support substrate (32) which carries the semiconductor structure (12). On at least one face area (34, 36) projecting over the semiconductor structure (12), the support substrate (32) carries a contact layer (38, 40) which is electrically conductively connected to the bond area (28, 24c) of the semiconductor structure (12). In addition, a light-emitting apparatus (56; 62; 64; 72; 86; 90; 92; 132) is specified with at least one semiconductor structure (12) which emits light when a voltage is applied and which comprises at least one bond area (28, 24c), and with at least one connection device (58, 60; 68, 70; 82) which can be connected to a voltage source and which is electrically conductively connected to the bond area (28, 24c) of the semiconductor structure (12). At least one light-emitting chip (10, 10') according to one of claims 1 to 10 is provided, wherein the connection device (58, 60; 68, 70; 82) is electrically conductively connected to the contact layer (38, 40) of the light-emitting chip (10, 10').

Description

Leuchtchip und Leuchtvorrichtung mit einem solchen Luminescent chip and lighting device with such
Die Erfindung betrifft einen Leuchtchip mitThe invention relates to a light chip with
a) wenigstens einer Halbleiterstruktur, welche bei Spannungsbeaufschlagung Licht abgibt und wenigstens einen Bondbereich umfasst;a) at least one semiconductor structure which emits light when exposed to voltage and comprises at least one bonding region;
b) einem die Halbleiterstruktur tragenden Tragersubstrat.b) a carrier substrate carrying the semiconductor structure.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Leuchtvorrichtung mitIn addition, the invention relates to a lighting device with
a) wenigstens einer Halbleiterstruktur, welche bei Span- nungsbeaufschlagung Licht abgibt und wenigstens einena) at least one semiconductor structure which emits light when voltage is applied and at least one
Bondbereich umfasst;Bond area comprises;
b) wenigstens einer mit einer Spannungsquelle verbindbaren Anschlusseinrichtung, welche elektrisch leitend mit dem Bondbereich der Halbleiterstruktur verbunden ist.b) at least one connectable to a voltage source terminal device, which is electrically conductively connected to the bonding region of the semiconductor structure.
Üblicherweise werden in derartigen Leuchtchips verwendete Halbleiterstrukturen aus Wafermaterial mittels an und für sich bekannter fotolithographischer und/oder Trockenatz- Verfahren auf dem Tragersubstrat, z.B. einer Schicht aus Saphirglas, aufgebaut. Durch das Tragersubstrat erhalt der Leuchtchip seine mechanische Stabilität, da das reine Wafer- material sehr spröde ist. Zur Verwendung in einem Leuchtelement werden so aufgebaute einzelne oder mehrere Halbleiter- Strukturen als einzelne Leuchtchips, die auch als LED-Chips bezeichnet werden, mit dem die entsprechende Anzahl tragendem Tragersubstrat herausgeschnitten, so dass sie als einzelne Leuchtchips in einer Leuchtvorrichtung verbaut werden können . Eine separate Halbleiterstruktur bzw. ein einzelner Leuchtchip muss in einem eigenen Produktionsschritt mittels einer Bondiervorrichtung in an und für sich bekannter Weise verdrahtet werden, wobei ein mit einer Spannungsquelle verbind- barer Anschlussleiter direkt mit einem der Bondbereiche der Halbleiterstruktur verdrahtet wird. Die dabei verwendeten Bonddrähte sind extrem dünn und anfällig, so dass der LED- Chip nach der Bondierung unverzüglich eingekapselt werden muss, um die Drahtbondierung zu schützen.Conventionally, semiconductor structures made of wafer material used in such luminous chips are constructed on the carrier substrate, for example a layer of sapphire glass, by means of photolithographic and / or dry-etching methods known per se. Due to the carrier substrate, the light-emitting chip obtains its mechanical stability, since the pure wafer material is very brittle. For use in a light-emitting element, individual or a plurality of semiconductor structures constructed in this way are cut out as individual light-emitting chips, which are also referred to as LED chips, with which the corresponding number of carrying carrier substrates are cut so that they can be installed as individual light-emitting chips in a lighting device. A separate semiconductor structure or a single light-emitting chip must be wired in a separate production step by means of a bonding device in a manner known per se, wherein a connection conductor which can be connected to a voltage source is wired directly to one of the bond regions of the semiconductor structure. The bonding wires used are extremely thin and vulnerable, so the LED chip must be encapsulated immediately after bonding to protect the wire bond.
Noch schwieriger ist es, wenn mehrere einzelne Halbleiterstrukturen bzw. Leuchtchips, die in einer bestimmten Weise angeordnet sind, miteinander verschaltet und dabei z.B. in Reihe oder parallel geschaltet werden sollen, wozu einer der Bondbereiche einer ersten Halbleiterstruktur mit einem der Bondbereiche einer zweiten Halbleiterstruktur verdrahtet werden muss. In diesem Fall kommt die Bondierung mittels der sehr feinen Bonddrähte schnell an ihre Grenzen.It is even more difficult if a plurality of individual semiconductor structures or luminescent chips, which are arranged in a certain way, interconnected with each other and thereby e.g. to be connected in series or in parallel, for which purpose one of the bond regions of a first semiconductor structure has to be wired to one of the bond regions of a second semiconductor structure. In this case, the bonding by means of the very fine bonding wires quickly reaches its limits.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leuchtchip der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher weniger empfindlich in der Handhabung ist und nach seiner Herstellung einfacher verbaut werden kann.The object of the invention is to provide a light chip of the type mentioned, which is less sensitive to handling and can be installed easily after its preparation.
Diese Aufgabe wird bei einem Leuchtchip der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dassThis object is achieved in a light chip of the type mentioned in that
c) das Trägersubstrat auf wenigstens einem über die Halbleiterstruktur überstehenden Flächenbereich eine Kon- taktschicht trägt, welche elektrisch leitend mit dem Bondbereich der Halbleiterstruktur verbunden ist.c) the carrier substrate carries a contact layer on at least one surface region projecting beyond the semiconductor structure, which contact layer is electrically conductively connected to the bonding region of the semiconductor structure.
Die Nutzfläche des Trägersubstrats wird also nicht nur zur Aufnahme der Halbleiterstruktur verwendet, sondern auch als Untergrund für eine Kontaktschicht genutzt. Über diese Kon- taktschicht kann der Leuchtchip dann elektrisch verschaltet werden. Wird die Kontaktschicht ausreichend groß gewählt, kann diese Verschaltung über gegenüber feinen Bonddrähten sicherere und stabilere elektrische Verbindungen erfolgen.The useful surface of the carrier substrate is thus not only used to receive the semiconductor structure, but also used as a substrate for a contact layer. About this Clock layer, the light chip can then be electrically connected. If the contact layer is chosen to be sufficiently large, this connection can be made via more secure and more stable electrical connections with respect to fine bonding wires.
Es ist günstig, wenn die Kontaktschicht auf einem über die Halbleiterstruktur überstehenden Flächenbereich des Trägersubstrats angeordnet ist. Dadurch kann die Kontaktschicht die gleiche räumliche Orientierung haben, wie der mit ihr verbundene Bondbereich der Halbleiterstruktur.It is favorable if the contact layer is arranged on a surface area of the carrier substrate projecting beyond the semiconductor structure. As a result, the contact layer can have the same spatial orientation as the bonding region of the semiconductor structure connected to it.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Kontaktschicht weitgehend parallel zu dem mit ihr verbundenen Bondbereich der Halbleiterstruktur verläuft.In particular, it is advantageous if the contact layer extends substantially parallel to the bonding region of the semiconductor structure connected to it.
Im Hinblick auf die Herstellung des Leuchtchips hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Kontaktschicht durch Aufdampfen eines Metalls oder einer Metall-Legierung, insbesondere einer Kupfer-Legierung, einer Gold-Legierung, einer Silber- Legierung oder einer Aluminium-Legierung, erhalten ist. In diesem Fall kann auf bekannte und etablierte Techniken zu- rück gegriffen werden.With regard to the production of the luminescent chip, it has proved to be advantageous if the contact layer is obtained by vapor deposition of a metal or a metal alloy, in particular a copper alloy, a gold alloy, a silver alloy or an aluminum alloy , In this case, known and established techniques can be used.
Im Hinblick auf eine nachfolgende Verbauung des Leuchtchips in beispielsweise einem Leuchtelement ist es von Vorteil, wenn die Kontaktschicht eine Kontaktfläche bietet, welche eine Flächenerstreckung von etwa 20 % bis etwa 80 %, bevorzugt von etwa 30 % bis etwa 70 %, bevorzugter von etwa 40 % bis etwa 60 % und besonders bevorzugt von etwa 50 % der Fläche der größten aktiven Begrenzungsfläche der Halbleiterstruktur hat. Auf diese Weise steht eine im Verhältnis zur Größe der Halbleiterstruktur gut kontaktierbare Kontaktflä- che zur Verfügung.With regard to a subsequent installation of the luminous chip in, for example, a luminous element, it is advantageous if the contact layer offers a contact surface which has an areal extent of from about 20% to about 80%, preferably from about 30% to about 70%, more preferably about 40 % to about 60%, and more preferably about 50% of the area of the largest active confinement surface of the semiconductor structure. In this way, a contact surface which can be contacted well in relation to the size of the semiconductor structure is available.
Eine gute und dauerhafte elektrische Verbindung zwischen der Kontaktschicht und einem Bondbereich kann erzielt werden, indem die Kontaktschicht mittels einer elektrisch leitenden Materialbahn mit dem mit ihr verbundenen Bondbereich verbunden ist.A good and lasting electrical connection between the contact layer and a bonding region can be achieved by the contact layer being connected to the bonding region connected to it by means of an electrically conductive material web.
Dabei ist es insbesondere günstig, wenn die Materialbahn Me- tallpartikel, insbesondere Kupfer- oder Silberpartikel oder ein Gemisch davon, umfasst.In this case, it is particularly favorable if the material web comprises metal particles, in particular copper or silver particles, or a mixture thereof.
Noch vorteilhafter ist es, wenn die Metallpartikel in einem Trägermaterial, insbesondere einem Zweikomponenten-Material, bevorzugt einem Zweikomponenten-Klebstoff, homogen verteilt ist. Eine solche Materialbahn kann beispielsweise in an und für sich bekannter Weise auf den Leuchtchip aufgedruckt werden.It is even more advantageous if the metal particles are homogeneously distributed in a carrier material, in particular a two-component material, preferably a two-component adhesive. Such a material web can be printed, for example, in a conventional manner on the light chip.
Alternativ kann die Materialbahn vorteilhaft durch Aufdampfen eines Metalls oder einer Metall-Legierung, insbesondere einer Kupfer-Legierung, einer Gold-Legierung, einer Silber- Legierung oder einer Aluminium-Legierung, erhalten sein.Alternatively, the material web can advantageously be obtained by vapor deposition of a metal or a metal alloy, in particular a copper alloy, a gold alloy, a silver alloy or an aluminum alloy.
Was die mechanische Belastbarkeit des Leuchtchips betrifft, ist es günstig, wenn das Trägersubstrat eine Dicke hat, welche das etwa lOfache bis etwa βOfache, vorzugsweise das 20fache bis etwa 30fache, der Höhe der Halbleiterstruktur beträgt. Insbesondere, wenn als Trägersubstrat Saphirglas verwendet wird, erfüllt der Leuchtchip so auch verhältnismäßig hohe Ansprüche an seine mechanische Stabilität.As far as the mechanical strength of the luminous chip is concerned, it is favorable if the carrier substrate has a thickness which is approximately 10 times to approximately 10 times, preferably 20 times to approximately 30 times, the height of the semiconductor structure. In particular, if sapphire crystal is used as the carrier substrate, the luminescent chip also satisfies relatively high demands on its mechanical stability.
Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, eine Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche weniger anfällig im Hinblick auf den oder die in ihr verbauten Leuchtchips ist.It is also an object of the invention to provide a lighting device of the type mentioned, which is less prone to the or built into her Luminescent chips is.
Diese Aufgabe wird bei einer Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dassThis object is achieved in a lighting device of the type mentioned in that
c) wenigstens ein Leuchtchip nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist;c) at least one light chip according to one of claims 1 to 10 is provided;
d) die Anschlusseinrichtung mit der Kontaktschicht des Leuchtchips elektrisch leitend verbunden ist.d) the connection device is electrically conductively connected to the contact layer of the luminous chip.
Die elektrische Verdrahtung des Leuchtchips mit der Anschlusseinrichtung kann somit über die Kontaktschicht über stabile und dauerhafte Verbindungen vorliegen und muss nicht mehr mittels feiner Bonddrähte direkt über die Bondbereiche der Halbleiterstruktur erfolgen.The electrical wiring of the luminous chip with the connection device can thus be present via the contact layer via stable and permanent connections and no longer has to be done directly by way of fine bonding wires via the bond regions of the semiconductor structure.
Es ist günstig, wenn der Leuchtchip von einer Leiterplatte getragen ist, wobei die Anschlusseinrichtung als Anschluss- bahn auf der Leiterplatte ausgebildet ist. Insbesondere können mehrere Leuchtchips auf einer einzelnen Leiterplatte angeordnet sein, so dass ein leuchtstarkes Modul geschaffen werden kann.It is favorable if the luminous chip is carried by a printed circuit board, wherein the connecting device is designed as a connecting track on the printed circuit board. In particular, a plurality of light-emitting chips can be arranged on a single printed circuit board, so that a high-luminance module can be created.
Eine gute und gegebenenfalls großflächige Leuchtwirkung kann erzielt werden, wenn ein Lichtleiterelement vorgesehen ist und der Leuchtchip derart angeordnet ist, dass von ihm emittiertes Licht in das Lichtleiterelement eingekoppelt wird.A good and optionally large-area lighting effect can be achieved if a light guide element is provided and the light-emitting chip is arranged such that light emitted by it is coupled into the light guide element.
Wenn eine flächige Ausleuchtung eines Gegenstands gefordert ist, ist es günstig, wenn das Lichtleiterelement plattenför- mig ist. In diesem Fall kann der Leuchtchip seitlich neben einer Schmalfläche des Lichtleiterelements angeordnet sein, so dass eine Hauptfläche der Lichtleiterplatte vollständig als Lichtquelle genutzt werden kann. Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn der Leuchtchip in einer Nut angeordnet ist, welche in einer Hauptfläche des Lichtleiterelements vorgesehen ist.If a surface illumination of an object is required, it is favorable if the light guide element is plate-shaped. In this case, the light chip can be arranged laterally next to a narrow surface of the light guide element, so that a main surface of the light guide plate can be used completely as a light source. Alternatively, it may be advantageous if the light chip is arranged in a groove which is provided in a main surface of the light guide element.
Um das von dem Leuchtchip abgestrahlte Licht effektiv nutzen zu können, ist es günstig, wenn mindestens einer Seite des Leuchtchips wenigstens bereichsweise eine Reflexionsschicht gegenüberliegt, welche von dem Leuchtchip emittiertes Licht in Richtung auf das Innere des Lichtleiterelementes reflektiert.In order to be able to use the light emitted by the light-emitting chip effectively, it is favorable if at least one side of the light-emitting chip is at least partially opposite a reflection layer which reflects light emitted by the light-emitting chip in the direction of the interior of the light guide element.
In diesem Zusammenhang ist es außerdem dienlich, wenn der Leuchtchip zumindest teilweise über ein lichtleitendes Mate- rial mit dem Lichtleiterelement gekoppelt ist.In this context, it is also useful if the light-emitting chip is at least partially coupled to the light guide element via a light-conducting material.
Wenn das lichtleitende Material ein Silikonmaterial, insbesondere ein Silikonöl, ist, kann zugleich vorteilhaft Wärme von dem Leuchtchip abgeführt werden.If the photoconductive material is a silicone material, in particular a silicone oil, heat can advantageously be removed from the luminous chip at the same time.
Wenn die Wellenlänge des von dem Leuchtchip emittierten Lichts nicht mit einer gewünschten Wellenlänge übereinstimmt, so kann diese eingestellt werden, indem die Leuchtvorrichtung eine LeuchtstoffSchicht umfasst, in welcher Leuchtstoffpartikeln vorzugsweise homogen verteilt sind, welche von dem Leuchtchip emittiertes Licht absorbieren und ihrerseits Licht einer anderen Wellenlänge emittieren.If the wavelength of the light emitted by the light-emitting chip does not coincide with a desired wavelength, this can be adjusted by the light-emitting device comprising a phosphor layer in which phosphor particles are preferably homogeneously distributed, which absorb light emitted by the light-emitting chip and in turn light of a different wavelength emit.
Derartige Leuchtstoffpartikel umfassen Phosphore und absor- bieren auf sie treffende Strahlung und emittieren Strahlung mindestens in einer anderen (längeren) Wellenlänge. Bei einer geeigneten Wahl von Leuchtstoffpartikeln bzw. Leucht- stoffpartikelmischungen kann also die von dem Leuchtchip e- mittierte Strahlung in eine Strahlung mit anderem Spektrum umgewandelt werden. Um die Abfuhr von Wärme, die von dem Leuchtchip erzeugt wird, zu unterstützen, ist es günstig, wenn dieser wärmeleitend mit einem Kühlkörper verbunden ist.Such phosphor particles comprise phosphors and absorb radiation impinging on them and emit radiation at least in another (longer) wavelength. With a suitable choice of phosphor particles or phosphor particle mixtures, therefore, the radiation emitted by the light chip can be converted into radiation with a different spectrum. In order to support the dissipation of heat generated by the light-emitting chip, it is favorable if it is connected to a heat sink in a heat-conducting manner.
Wenn wenigstens eine Halbleiterstruktur Licht einer ersten Farbe, wenigstens eine Halbleiterstruktur Licht einer zweiten Farbe und wenigstens eine Halbleiterstruktur Licht einer dritten Farbe emittiert, kann mit der Leuchtvorrichtung Licht in einer Vielzahl von Mischfarben erzeugt werden.If at least one semiconductor structure emits light of a first color, at least one semiconductor structure emits light of a second color and at least one semiconductor structure emits light of a third color, the light device can generate light in a multiplicity of mixed colors.
Dabei ist es besonders günstig, wenn die erste Farbe Rot, die zweite Farbe Grün und die dritte Farbe Blau ist. Auf diese Weise kann Licht in weitgehend allen Farben des sicht- baren Spektrums erzeugt werden.It is particularly advantageous if the first color is red, the second color is green and the third color is blue. In this way, light can be generated in almost all colors of the visible spectrum.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen :Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In these show:
Figur 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Leuchtchips mit einer Halbleiterstruktur;FIG. 1 shows a side view of a first exemplary embodiment of a light-emitting chip with a semiconductor structure;
Figur 2 eine Aufsicht auf den Leuchtchip von Figur 1 ;Figure 2 is a plan view of the light chip of Figure 1;
Figur 3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Leuchtchips, wobei dieser zwei Halbleiterstrukturen umfasst;FIG. 3 shows a side view of a second exemplary embodiment of the luminous chip, wherein it comprises two semiconductor structures;
Figur 4 eine Aufsicht auf den Leuchtchip von Figur 3;Figure 4 is a plan view of the luminous chip of Figure 3;
Figur 5 eine Aufsicht auf eine erste Leuchteinheit, welche drei über zwei Anschlussbahnen elektrisch parallel geschaltete Leuchtchips nach Figur 1 umfasst; Figur 6 eine Aufsicht auf eine zweite Leuchteinheit, bei welche vier Leuchtchips nach Figur 1 alternierend auf gegenüberliegenden Seiten zweier Anschlussbah- nen angeordnet sind;FIG. 5 is a plan view of a first lighting unit, which comprises three light-emitting chips of FIG. 1 connected in parallel electrically via two connecting paths; FIG. 6 shows a plan view of a second lighting unit, in which four light-emitting chips according to FIG. 1 are arranged alternately on opposite sides of two connecting lines;
Figur 7 eine Aufsicht auf eine dritte Leuchteinheit, welche drei elektrisch in Reihe geschaltete Leuchtchips nach Figur 1 umfasst;Figure 7 is a plan view of a third lighting unit, which comprises three electrically connected in series light chips according to Figure 1;
Figur 8 einen Schnitt einer vierten Leuchteinheit , bei welcher eine Leiterplatte auf einer Seite mit mehreren Leuchtchips nach Figur 1 bestückt ist , entlang der Schnittlinien VI II-VI I I in den Figuren 9 und 10 ;8 shows a section of a fourth lighting unit, in which a printed circuit board is equipped on one side with a plurality of light-emitting chips according to Figure 1, along the section lines VI II-VI I I in Figures 9 and 10.
Figur 9 eine Aufsicht auf die mit den Leuchtchips bestückte Kontaktseite der Leiterplatte von Figur 8;Figure 9 is a plan view of the equipped with the light emitting contact side of the circuit board of Figure 8;
Figur 10 eine Aufsicht auf die der Kontaktseite gegenüber- liegende Seite der Leiterplatte von Figur 8;FIG. 10 shows a plan view of the side of the printed circuit board of FIG. 8 opposite the contact side;
Figur 11 eine der Figur 9 entsprechende Aufsicht auf eine fünfte Leuchteinheit;FIG. 11 shows a plan view corresponding to FIG. 9 of a fifth lighting unit;
Figur 12 eine den Figuren 9 und 11 entsprechende Aufsicht auf eine sechste Leuchteinheit;FIG. 12 shows a plan view corresponding to FIGS. 9 and 11 of a sixth lighting unit;
Figur 13 eine Aufsicht auf ein Leuchtelement mit einerFigure 13 is a plan view of a lighting element with a
Lichtleiterplatte, in deren Rand mittels einer Leuchteinheit Licht eingekoppelt wird;Light guide plate, in the edge of which light is coupled by means of a lighting unit;
Figur 14 einen Schnitt des Leuchtelements nach Figur 13 entlang der dortigen Schnittlinie XIV-XIV; undFIG. 14 shows a section of the luminous element according to FIG. 13 along the section line XIV-XIV there; and
Figur 15 einen Schnitt eines abgewandelten Leuchtelements mit einer Lichtleiterplatte, bei welchem eine Leuchteinheit in einer Nut in einer Lichtleiterplatte angeordnet ist.Figure 15 is a section of a modified luminous element with a light guide plate in which a lighting unit is arranged in a groove in a light guide plate.
In den Figuren 1 und 2 ist mit 10 insgesamt ein Leuchtchip bezeichnet, welcher eine Halbleiterstruktur 12 umfasst. Die Halbleiterstruktur 12 ist aus drei Schichten aufgebaut.In FIGS. 1 and 2, 10 designates a luminescent chip as a whole, which comprises a semiconductor structure 12. The semiconductor structure 12 is composed of three layers.
Eine in Figur 1 unten liegende Schicht 14 ist eine n- leitende Schicht, welche z. B. aus n-GaN oder auch aus n- InGaN besteht. Eine mittlere Schicht 16 ist eine MQW- Schicht. MQW ist die Abkürzung für "Multiple Quantum Well". Ein MQW-Material stellt ein Übergitter dar, welches eine gemäß der Übergitter-Struktur veränderte elektronische Band- struktur aufweist und entsprechend bei anderen Wellenlängen Licht emittiert. Über die Wahl der MQW-Schicht lässt sich das Spektrum der von der p-n-Halbleiterstruktur 12 abgegebenen Strahlung beeinflussen. Eine obere Schicht 18 ist aus einem p-leitenden III-V-Halbleitermaterial gefertigt, bei- spielsweise aus p-GaN.A lying in Figure 1 below layer 14 is an n-conducting layer, which z. B. of n-GaN or n-InGaN. A middle layer 16 is an MQW layer. MQW is the abbreviation for "Multiple Quantum Well". An MQW material is a superlattice which has an electronic band structure modified according to the superlattice structure and accordingly emits light at other wavelengths. The choice of the MQW layer can influence the spectrum of the radiation emitted by the p-n semiconductor structure 12. An upper layer 18 is made of a p-type III-V semiconductor material, for example of p-GaN.
Die Halbleiterstruktur 12 weist eine in Aufsicht U-förmige umlaufende Stufe 20 auf, deren Stufenfläche 22 in einem Abstand von der MQW-Schicht 16 verläuft. Auf diese Weise steht die n-leitende Schicht 14 im Bereich der Stufenfläche 22 seitlich über die MQW-Schicht 16 und die p-leitende Schicht 18 über. Die Stufenfläche 22 ist mit einer entsprechend U- förmigen aufgedampften Leiterbahn 24 mit zwei elektrisch parallel verlaufenden Leiterbahnen 24a und 24b und einer senk- recht dazu verlaufenden Leiterbahn 24c abgedeckt (siehe Figur 2) . Die Leiterbahn 24c bildet einen n-Bondbereich zur n- leitenden Schicht 14.The semiconductor structure 12 has a circumferential U-shaped circumferential step 20, the step surface 22 extends at a distance from the MQW layer 16. In this way, the n-conductive layer 14 projects laterally beyond the MQW layer 16 and the p-conductive layer 18 in the region of the step surface 22. Step surface 22 is covered by a correspondingly U-shaped vapor-deposited conductor track 24 with two electrically parallel conductor tracks 24a and 24b and a conductor track 24c extending perpendicularly thereto (see FIG. 2). The conductor 24c forms an n-bond region to the n-type layer 14.
Um auch die p-leitende Schicht 18 bondieren zu können, ist auf deren Oberseite neben dem von der U-förmigen Leiterbahn 24 flankierten Bereich 26 eine Leiterbahn 28 aufgedampft, welche einen p-Bondbereich zur p-leitenden Schicht 18 bildet. Von der Leiterflache 28 erstrecken sich auf der Oberflache der p-leitenden Schicht 18 drei nebeneinander verlau- fende Leiterbahnen 30a, 30b, 30c in den Bereich 26 der p- leitenden Schicht 18 hinein. Die freien Enden der beiden äußeren Leiterbahnen 30a und 30c sind jeweils um 90° in Richtung auf die mittlere Leiterbahn 30b abgewinkelt, wie dies in Figur 2 gut zu erkennen ist.In order to be able to bond the p-conductive layer 18, is on the upper side next to that of the U-shaped conductor track 24 flanked region 26, a conductor 28 vapor-deposited, which forms a p-bond region to the p-type layer 18. From the conductor surface 28 on the surface of the p-type layer 18, three interconnects 30a, 30b, 30c extending side by side extend into the region 26 of the p-type layer 18. The free ends of the two outer conductor tracks 30a and 30c are angled in each case by 90 ° in the direction of the middle conductor track 30b, as can be clearly seen in FIG.
Die Ausbildung der Leiterbahnen zur Kontaktierung der Halbleiterstruktur 12 kann je nach Anwendungsgebiet und Leistung der Halbleiterstruktur variieren und an bestimmte einzuhaltende Anforderungen angepasst werden, wie es an und für sich bekannt ist. Grundsatzlich kann jede bekannte Halbleiterstruktur, welche bei Spannungsbeaufschlagung Licht emittiert, bei dem Leuchtchip 10 verbaut werden.The formation of the conductor tracks for contacting the semiconductor structure 12 may vary depending on the field of application and performance of the semiconductor structure and be adapted to certain requirements to be met, as it is known per se. In principle, any known semiconductor structure which emits light when voltage is applied can be installed in the luminous chip 10.
Der Bereich 26 der Halbleiterstruktur 12 hat eine Erstre- ckung von 280 μm x 280 μm bis 1 800 μm x 1 800 μm. Die Hohe der Halbleiterstruktur 12 betragt etwa 5 μm bis 10 μm.The region 26 of the semiconductor structure 12 has a gain of 280 μm × 280 μm to 1 800 μm × 1 800 μm. The height of the semiconductor structure 12 is about 5 microns to 10 microns.
Die Leiterbahnen 24a, 24b und 24c sind durch Aufdampfen einer Kupfer-Gold-Legierung erhalten. Alternativ können auch Silber- oder Aluminium-Legierungen verwendet werden. Im Bereich des n-Bondbereichs 24c und des p-Bondbereichs 28 kann Gold vorgesehen sein, welches in an und für sich bekannter Weise für den Anschluss an eine p-leitende Schicht bzw. eine n-leitende Schicht dotiert ist.The tracks 24a, 24b and 24c are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy. Alternatively, silver or aluminum alloys may also be used. Gold may be provided in the region of the n-bond region 24c and the p-bond region 28, which is doped in a manner known per se for connection to a p-conductive layer or an n-conductive layer.
Die Halbleiterstruktur 12 ist von einem Tragersubstrat 32 getragen. Bei dem Tragersubstrat 32 kann es sich um Saphirglas handeln, welches auch unter dem Namen Korundglas (Al2O3-GIaS) bekannt ist. Im Falle von Saphirglas hat das Tragersubstrat 32 eine Dicke von etwa 100 μm bis 150 μm, es kann jedoch auch andere Dicken haben, die beispielsweise zwischen 5 μm und 600 μm liegen können. Je dicker das Trägersubstrat 32 im Verhältnis zur Höhe der Halbleiterstruktur 12 gefertigt ist, desto stabiler ist der Leuchtchip 10 und desto besser ist er bei seiner weiteren Verwendung handhabbar, insbesondere beispielsweise bei seiner Installation in einer Beleuchtungseinheit. In der Praxis hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Verhältnis der Höhe der Halbleiterstruktur 12 zur Dicke des Trägersubstrats 32 etwa 1 : 10 bis etwa 1 : 60, vorzugsweise etwa 1 : 20 bis etwa 1 : 30 beträgt .The semiconductor structure 12 is supported by a carrier substrate 32. The carrier substrate 32 may be sapphire glass, which is also known by the name of corundum glass (Al 2 O 3 -GlS). In the case of sapphire glass, the support substrate 32 has a thickness of about 100 μm to 150 μm However, it can also have other thicknesses, which may be between 5 .mu.m and 600 .mu.m, for example. The thicker the carrier substrate 32 is made in relation to the height of the semiconductor structure 12, the more stable is the light chip 10 and the better is it manageable for its further use, in particular for example when it is installed in a lighting unit. In practice, it has proved favorable if the ratio of the height of the semiconductor structure 12 to the thickness of the carrier substrate 32 is about 1:10 to about 1:60, preferably about 1:20 to about 1:30.
Alternativ kann das Trägersubstrat 32 auch durch undotiertes Wafer-Material gebildet sein, auf welchem die Halbleiter- Struktur 12 mit an und für sich bekannten Techniken aufgebaut sind. In diesem Fall ist die Halbleiterstruktur 12 einstückig mit dem Trägersubstrat 32 verbunden.Alternatively, the carrier substrate 32 may also be formed by undoped wafer material on which the semiconductor structure 12 is constructed with techniques known per se. In this case, the semiconductor structure 12 is integrally connected to the carrier substrate 32.
Das Trägersubstrat 32 schließt auf der jeweiligen Seite mit den Leiterbahnen 24a und 24b bündig mit der Halbleiterstruktur 12 ab. Auf der Seite des p-Bondbereichs 28 zur p- leitenden Schicht 18 und auf der Seite des n-Bondbereichs 24c zur n-leitenden Schicht 14 steht das Trägersubstrat 32 jedoch jeweils mit einem ersten Flächenbereich 34 bzw. einem zweiten Flächenbereich 36 über die Halbleiterstruktur 12 über.The carrier substrate 32 terminates flush with the semiconductor structure 12 on the respective side with the conductor tracks 24a and 24b. On the side of the p-bond region 28 to the p-type layer 18 and on the side of the n-type bonding region 24c to the n-type layer 14, however, the carrier substrate 32 is respectively provided with a first area region 34 and a second area region 36 over the semiconductor structure 12 above.
Auf diesen Flächenbereichen 34 und 36 trägt das Trägersubstrat jeweils eine erste Kontaktschicht 38 bzw. eine zweite Kontaktschicht 40, welche durch Aufdampfen einer Kupfer- Gold-Legierung erhalten sind. Auch für die Kontaktschichten 38, 40 können alternativ Silber- oder Aluminium-Legierungen oder Gold oder gegebenenfalls dotiertes Gold verwendet werden. Die erste Kontaktschicht 38 ist mittels einer ersten Materialbahn 42 aus einem elektrisch leitfähigen Material mit dem p-Bondbereich 28 der Halbleiterstruktur 12 elektrisch leitend verbunden. In entsprechender Weise ist die zweite Kon- 5 taktschicht 40 mittels einer zweiten Materialbahn 44 aus einem elektrisch leitfähigen Material mit dem n-Bondbereich 24c der Halbleiterstruktur 12 elektrisch leitend verbunden. Die erste und die zweite Materialbahn 42, 44 können beispielsweise durch Aushärten eines viskosen elektrisch leit- lo fähigen Materials erhalten werden.On these surface regions 34 and 36, the carrier substrate carries in each case a first contact layer 38 and a second contact layer 40, which are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy. For the contact layers 38, 40 alternatively silver or aluminum alloys or gold or optionally doped gold can be used. The first contact layer 38 is electrically conductively connected to the p-bond region 28 of the semiconductor structure 12 by means of a first material web 42 made of an electrically conductive material. In a corresponding manner, the second contact layer 40 is electrically conductively connected by means of a second material web 44 made of an electrically conductive material to the n-bonding region 24c of the semiconductor structure 12. The first and second material webs 42, 44 can be obtained, for example, by curing a viscous electrically conductive material.
In dem Material der Materialbahnen 42, 44 können beispielsweise Kupfer- oder Silberpartikel oder ein Gemisch davon homogen verteilt sein. Für die Materialbahnen 42, 44 kommt als 5 Trägermaterial dafür beispielsweise ein Zweikomponenten- Material, wie ein Zweikomponenten-Klebstoff, in Betracht.In the material of the material webs 42, 44, for example, copper or silver particles or a mixture thereof may be homogeneously distributed. For the material webs 42, 44 comes as a support material for example, a two-component material, such as a two-component adhesive, into consideration.
Die Materialbahnen 42, 44 können alternativ ebenfalls durch Aufdampfen einer Kupfer-Gold-Legierung, von Silber- odero Aluminium-Legierungen oder gegebenenfalls aus dotiertem Gold erhalten werden.The material webs 42, 44 may alternatively also be obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy, silver or aluminum alloys, or optionally doped gold.
Abgesehen von dem Bereich, der jeweils von der ersten und der zweiten Materialbahn 42 bzw. 44 bedeckt ist, verbleibt5 bei der ersten und der zweiten Kontaktschicht 38 und 40 jeweils eine verhältnismäßig große erste Kontaktfläche 46 bzw. eine zweite Kontaktfläche 48. In der Praxis hat es sich als besonders brauchbar erwiesen, wenn diese eine Flächenerstreckung von etwa 20 % bis etwa 80 %, bevorzugt von etwa 30 %o bis etwa 70 %, bevorzugter von etwa 40 % bis etwa 60 % und besonders bevorzugt von etwa 50 % der Fläche der größten aktiven Begrenzungsfläche der Halbleiterstruktur 12 haben, welche beim hier erläuterten Ausführungsbeispiel durch die dem Trägersubstrat 32 zugewandten Außenfläche 50 (vgl. Figur5 1) der n-leitenden Schicht 14 vorgegeben ist. Die erste und die zweite Kontaktfläche 46, 48 sind bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen unterschiedlich groß, können jedoch auch gleich groß sein.Apart from the region covered by the first and second webs 42 and 44, respectively, a relatively large first contact surface 46 and a second contact surface 48 remain in the first and second contact layers 38 and 40, respectively. In practice it has proven particularly useful to have an areal extent of from about 20% to about 80%, preferably from about 30% to about 70%, more preferably from about 40% to about 60%, and most preferably about 50% of the area of have the largest active boundary surface of the semiconductor structure 12, which in the embodiment described here by the carrier substrate 32 facing outer surface 50 (see Figure 5 1) of the n-type layer 14 is predetermined. The first and the second contact surface 46, 48 are different in size in the embodiments shown here, but may also be the same size.
Zwischen der ersten Kontaktschicht 38 und der ersten Materialbahn 42, die zum p-Bondbereich 28 der Halbleiterstruktur 12 führt, und der Halbleiterstruktur 12 ist ein Dielektrikum 52 vorgesehen, welches eine leitende Verbindung zwischen den einzelnen Schichten 14, 16 und 18 der Halbleiterstruktur 12 verhindert.Between the first contact layer 38 and the first material web 42, which leads to the p-bond region 28 of the semiconductor structure 12, and the semiconductor structure 12, a dielectric 52 is provided, which prevents a conductive connection between the individual layers 14, 16 and 18 of the semiconductor structure 12.
Insgesamt ist der Leuchtchip 10 auf diese Weise als recht robuste Baueinheit ausgebildet, welche über ihre erste und ihre zweite Kontaktfläche 46 und 48 mit einer Spannungsguel- Ie verbunden werden kann.Overall, the light-emitting chip 10 is formed in this way as a rather robust structural unit, which can be connected via its first and its second contact surface 46 and 48 with a Spannungsguel- Ie.
In den Figuren 3 und 4 ist ein abgewandelter Leuchtchip 10' gezeigt, wobei Komponenten, welche mit Komponenten des Leuchtchips 10 übereinstimmen, dieselben Bezugszeichen tra- gen. Bei dem Leuchtchip 10' sind zwei Halbleiterstrukturen 12a und 12b elektrisch in Reihe geschaltet, wozu die Leiterbahn 24c der in den Figuren 3 und 4 linken Halbleiterstruktur 12a mit der Leiterfläche 28 der zweiten Halbleiterstruk¬ tur 12b über eine dritte Materialbahn 54 elektrisch leitend verbunden sind, welche den Abstand zwischen den Halbleiterstrukturen 12a und 12b überbrückt. Dieser liegt in der Größenordnung von 100 μm. Die dritte Materialbahn 54 kann aus einem der Materialien gebildet sein, welche oben zu der ersten und der zweiten Materialbahn 42 und 44 erläutert wurden.A modified light chip 10 'is shown in FIGS. 3 and 4, components which correspond to components of the light chip 10 bearing the same reference numerals. In the light chip 10', two semiconductor structures 12a and 12b are electrically connected in series, including the conductor track 24c of are connected in the figures 3 and 4, the left semiconductor structure 12a to the circuit surface 28 of the second semiconductor structural ¬ tur 12b via a third web of material 54 electrically conductive, which bridges the distance between the semiconductor structures 12a and 12b. This is in the order of 100 microns. The third web of material 54 may be formed of one of the materials discussed above with respect to the first and second webs of material 42 and 44.
Somit ist bei dem Leuchtchip 10' die erste Kontaktschicht 38 mit der ersten Kontaktfläche 46 neben der Seite mit dem p- Bondbereich 28 der Halbleiterstruktur 12a und die zweite Kontaktschicht 40 mit der zweiten Kontaktfläche 48 neben der Seite mit dem n-Bondbereich 24c der Halbleiterstruktur 12b angeordnet .Thus, in the light emitting chip 10 ', the first contact layer 38 having the first contact surface 46 adjacent to the p-bonding region 28 side of the semiconductor structure 12a and the second contact layer 40 including the second contact surface 48 adjacent to the n-bonding region 24c side of the semiconductor structure 12b arranged.
In Figur 5 ist eine erste Leuchteinheit 56 gezeigt. Bei dieser Leuchteinheit 56 sind drei Leuchtchips 10a, 10b und 10c elektrisch parallel geschaltet. Dazu sind die ersten Kontaktschichten 38 der drei Leuchtchips 10a, 10b, 10c über eine erste Anschlussbahn 58, welche starr oder flexibel sein kann, elektrisch leitend miteinander verbunden. Dazu ist die erste Anschlussbahn 58 mit den ersten Kontaktflächen 46 der drei Leuchtchips 10a, 10b, 10c verlötet oder mittels einer an und für sich bekannten klebenden Leiterpaste verklebt. In entsprechender Weise sind die zweiten Kontaktschichten 40 der drei Leuchtchips 10a, 10b, 10c über eine zweite Anschlussbahn 60, welche ebenfalls starr oder flexibel sein kann, elektrisch leitend miteinander verbunden. Dazu ist die zweite Anschlussbahn 60 mit den zweiten Kontaktflächen 48 der drei Leuchtchips 10a, 10b, 10c verlötet oder elektrisch leitend verklebt.FIG. 5 shows a first lighting unit 56. In this lighting unit 56, three light-emitting chips 10a, 10b and 10c are electrically connected in parallel. For this purpose, the first contact layers 38 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c are electrically conductively connected to one another via a first connection track 58, which may be rigid or flexible. For this purpose, the first connection track 58 is soldered to the first contact surfaces 46 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c or adhesively bonded by means of an adhesive conductor paste known per se. In a corresponding manner, the second contact layers 40 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c are electrically conductively connected to one another via a second connection track 60, which may also be rigid or flexible. For this purpose, the second connection track 60 is soldered or electrically conductively bonded to the second contact surfaces 48 of the three light-emitting chips 10a, 10b, 10c.
Figur 6 zeigt eine abgewandelte zweite Leuchteinheit 62, bei welcher vier Leuchtchips 10a, 10b, 10c und 10d wie oben erläutert elektrisch parallel geschaltet sind. Abweichend von der ersten Leuchteinheit 56 von Figur 5 ist bei der zweiten Leuchteinheit 62 jeder zweite Leuchtchip - 10b und 10d oder 10a und 10c - auf der anderen Seite der Anschlussbahnen 58 und 60 mit diesen verbunden als jeder erste Leuchtchip 10a und 10c oder 10b und 10d. Auf diese Weise kann die Effizienz der Lichtausstrahlung des Leuchtelements 62 in den Raum gegenüber der ersten Leuchteinheit 56 erhöht werden. Dabei sind die Leuchtchips 10a und 10c so angeordnet, dass ihreFIG. 6 shows a modified second lighting unit 62 in which four light-emitting chips 10a, 10b, 10c and 10d are electrically connected in parallel as explained above. In contrast to the first lighting unit 56 of FIG. 5, in the case of the second lighting unit 62, every second lighting chip 10b and 10d or 10a and 10c on the other side of the connecting paths 58 and 60 are connected to these as each first lighting chip 10a and 10c or 10b and 10d , In this way, the efficiency of the light emission of the lighting element 62 in the space opposite the first lighting unit 56 can be increased. The light-emitting chips 10a and 10c are arranged so that their
Kontaktflächen 46 und 48 in die gleiche Richtung weisen, wie die aktive Fläche 50 der Leuchtchips 10b und 10d.Contact surfaces 46 and 48 have in the same direction as the active surface 50 of the light emitting diodes 10b and 10d.
Figur 7 zeigt eine dritte Leuchteinheit 64. Bei dieser sind drei Leuchtchips 10a, 10b und 10c mittels zweier Leiterbah- nen 66a, 66b elektrisch in Reihe geschaltet. Die erste Kontaktschicht 38 des Leuchtchips 10a ist mit einer ersten Anschlussbahn 68 und die zweite Kontaktschicht AO des dritten Leuchtchips 10c mit einer zweiten Anschlussbahn 70 verbun- den. Die Anschlussbahnen 68 und 70 können dann mit den Anschlussklemmen einer Spannungsquelle verbunden werden.FIG. 7 shows a third lighting unit 64. In this case, three light-emitting chips 10a, 10b and 10c are connected by means of two printed circuit boards. NEN 66a, 66b electrically connected in series. The first contact layer 38 of the light chip 10a is connected to a first connection track 68 and the second contact layer AO of the third light chip 10c is connected to a second connection track 70. The connection tracks 68 and 70 can then be connected to the terminals of a voltage source.
In den Figuren 8, 9 und 10 ist eine vierte Leuchteinheit 72 gezeigt, bei welcher eine starre langgestreckte Leiterplatte 74 aus Kunststoff mit mehreren Leuchtchips 10 bestückt ist, wobei drei Leuchtchips 10a, 10b und 10c zu erkennen sind.FIGS. 8, 9 and 10 show a fourth lighting unit 72, in which a rigid elongated printed circuit board 74 made of plastic is equipped with a plurality of light-emitting chips 10, wherein three light-emitting chips 10a, 10b and 10c can be seen.
Die Leiterplatte IA weist in gleichmäßigen Abständen Durchbrüche 76 auf, welche groß genug sind, dass darin jeweils eine Halbleiterstruktur 12 Platz findet.The printed circuit board IA has perforations 76 at regular intervals, which are large enough for a respective semiconductor structure 12 to be accommodated therein.
Auf einer Kontaktseite 78 der Leiterplatte 74 sind zwischen den Durchbrüchen 76 U-förmige Leiterbahnen 80 aufgebracht, welche z.B. durch Aufdampfen von Kupfer-Gold-Legierungen o- der Silber- oder Aluminium-Legierungen erhalten werden können. In den stirnseitigen Endbereichen der Leiterplatte 74 ist jeweils eine langgestreckte Anschlussbahn 82 vorgesehen, von denen in den Figuren 8 bis 10 nur eine zu erkennen ist.On a contact side 78 of the printed circuit board 74, 76 U-shaped printed conductors 80 are applied between the openings 76, which are e.g. can be obtained by vapor deposition of copper-gold alloys o- or silver or aluminum alloys. In the end-side end regions of the printed circuit board 74, an elongated connection track 82 is provided, of which only one can be seen in FIGS. 8 to 10.
Die Leuchtchips 10 sind so auf der Leiterplatte 74 angeordnet, dass ihre Halbleiterstrukturen 12 jeweils in einen Durchbruch 76 hineinragen (vgl. Figur 8) und über die Leiterbahnen 80 und die Anschlussbahnen 82 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Bei einem entsprechend angepassten Verlauf der Leiterbahnen 80 ist selbstverständlich auch eine elektrische Parallelschaltung der Leuchtchips 10 möglich.The light-emitting chips 10 are arranged on the printed circuit board 74 in such a way that their semiconductor structures 12 each protrude into an opening 76 (cf., FIG. 8) and are electrically connected in series via the conductor tracks 80 and the connection tracks 82. In the case of a suitably adapted course of the conductor tracks 80, of course, an electrical parallel connection of the light-emitting chips 10 is also possible.
In Figur 10 ist eine Ansicht auf die ihrer Anschussseite 78 gegenüberliegende Seite 84 der Leiterplatte 74 gezeigt. Auf- grund der Durchbrüche 76 in der Leiterplatte 74 kann die vierte Leuchteinheit 72 Licht auch über diese Seite 84 abgeben.FIG. 10 shows a view of the side 84 of the printed circuit board 74 opposite its firing side 78. Due to the openings 76 in the circuit board 74, the fourth light unit 72 also emit light on this page 84.
In Figur 11 ist eine fünfte Leuchteinheit 86 gezeigt, bei welcher Komponenten, die Komponenten der vierten Leuchteinheit 72 entsprechen, dieselben Bezugszeichen tragen. Bei der fünften Leuchteinheit 86 sind zwei Leuchtchips 10a und 10b über eine einzelne U-förmige Leiterbahn 80 und die Anschlussbahnen 82 elektrisch in Reihe geschaltet. Der Basis- Schenkel 80a der U-förmigen Leiterbahn 80 ist gegenüber den Leiterbahnen 80 der vierten Leuchteinheit 72 länger gezogen, so dass die Schenkel 80b und 80c in größerem Abstand voneinander als dort verlaufen. Zwischen den Schenkeln 80b und 80c ist in der Leiterplatte 74 ein Durchbruch 88 vorgesehen, wo- durch bei der Fertigung der Leiterplatte 74 Material eingespart werden kann.FIG. 11 shows a fifth lighting unit 86, in which components which correspond to components of the fourth lighting unit 72 bear the same reference numerals. In the fifth lighting unit 86, two light-emitting chips 10a and 10b are electrically connected in series via a single U-shaped conductor 80 and the connection tracks 82. The base leg 80a of the U-shaped conductor track 80 is pulled longer in relation to the conductor tracks 80 of the fourth light-emitting unit 72, so that the legs 80b and 80c extend at a greater distance from one another than there. Between the legs 80b and 80c, an opening 88 is provided in the printed circuit board 74, whereby material can be saved in the production of the printed circuit board 74.
In Figur 12 ist eine sechste Leuchteinheit 90 gezeigt, welche im wesentlichen der fünften Leuchteinheit 86 entspricht, wobei jedoch drei Leuchtchips 10a, 10b und 10c über die Leiterbahnen 80 und die Anschlussbahnen 82 elektrisch in Reihe geschaltet sind.In FIG. 12, a sixth lighting unit 90 is shown, which substantially corresponds to the fifth lighting unit 86, but three lighting chips 10a, 10b and 10c are electrically connected in series via the conductor tracks 80 and the connecting tracks 82.
Die Figuren 13 und 14 zeigen eine erste Beleuchtungseinheit 92 mit einer Leuchtstruktur 94, welche eine Halterung 96 um- fasst, die eine Leuchteinheit 95 trägt, die durch eine der ersten bis sechsten Leuchteinheiten 56, 62, 64, 72, 86 oder 90 gebildet sein kann. Die Verbindung der Leuchtstruktur 94 mit einer Spannungsquelle ist an und für sich bekannt, wes- halb hier nicht näher darauf eingegangen wird.FIGS. 13 and 14 show a first lighting unit 92 with a luminous structure 94, which comprises a holder 96 which carries a lighting unit 95, which is formed by one of the first to sixth lighting units 56, 62, 64, 72, 86 or 90 can. The connection of the luminous structure 94 to a voltage source is known per se, for which reason it will not be discussed in more detail here.
Die Beleuchtungseinheit 92 umfasst eine ebene Lichtleiterplatte 98 aus transparentem Acrylglas. Die Lichtleiterplatte 98 kann auch aus einem anderen homogen lichtdurchlässigen Material gefertigt sein, wie beispielsweise aus einem Glas oder einem Epoxidharz. Die Lichtleiterplatte 98 ist vorzugsweise klar.The lighting unit 92 comprises a planar light guide plate 98 made of transparent acrylic glass. The light guide plate 98 may also be made of another homogeneous translucent material, such as a glass or an epoxy resin. The light guide plate 98 is preferably clear.
An einer Schmalfläche 100 trägt die Lichtleiterplatte 98 ein Gehäuse 102 mit einer parabelförmig gekrümmten Gehäusewand 104 und hier nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehenen Stirnwänden, welche einen Innenraum 106 begrenzen. In diesem ist die Leuchtstruktur 94 angeordnet.On a narrow surface 100, the light guide plate 98 carries a housing 102 having a parabola-shaped housing wall 104 and here not specifically provided with a reference numeral end walls, which define an interior space 106. In this, the luminous structure 94 is arranged.
Der Innenraum 106 des Gehäuses 102 ist mit einer lichtleitenden Flüssigkeit in Form von flüssigem Silikonöl 108 gefüllt, welches in Figur 14 angedeutet ist und von der Leuchtstruktur 94 emittiertes Licht zur Schmalfläche 100 der Lichtleiterplatte 98 leitet. Durch das Silikonöl 108 wird zugleich von der Leuchtstruktur 94 erzeugte Wärme nach außen zu der Gehäusewand 104 des Gehäuses 102 abgeführt.The inner space 106 of the housing 102 is filled with a light-conducting liquid in the form of liquid silicone oil 108, which is indicated in FIG. 14 and guides light emitted by the luminous structure 94 to the narrow area 100 of the light guide plate 98. At the same time, heat generated by the luminous structure 94 is dissipated to the outside of the housing wall 104 of the housing 102 by the silicone oil 108.
Die Halterung 96 der Leuchtstruktur 94 ist aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt und wärmeleitend mit der Ge- häusewand 104 gekoppelt, welche ihrerseits ebenfalls aus gut wärmeleitenden Material hergestellt ist. Auf ihrer Außenseite 110 trägt die Gehäusewand 104 einen Kühlkörper 112, welcher die Wärme aufnimmt und nach außen an die Umgebung abgibt.The holder 96 of the luminous structure 94 is made of a good heat-conducting material and heat-conductively coupled to the housing wall 104, which in turn is also made of good heat-conducting material. On its outer side 110, the housing wall 104 carries a heat sink 112, which absorbs the heat and releases it to the outside.
Die Innenseite 114 des Gehäuses 22 ist mit einer Reflexionsschicht 116 versehen, wodurch auch Licht, welches zunächst von der Leuchtstruktur 94 in eine von der Lichtleiterplatte 98 weglaufende Richtung abgestrahlt wird, auf dieselbe bzw. deren Schmalfläche 100 reflektiert wird. Dies ist in Figur 14 durch einen Pfeil 118 angedeutet.The inner side 114 of the housing 22 is provided with a reflection layer 116, whereby light, which is first emitted by the light-emitting structure 94 in a direction away from the light guide plate 98, is reflected onto the same or its narrow surface 100. This is indicated in FIG. 14 by an arrow 118.
An der Schmalfläche 100 der Lichtleiterplatte 98 ist eine Koppeleinrichtung 120 angeordnet, welche außen von dem Ge- hause 102 begrenzt ist. Diese umfasst eine der Schmalfläche 100 der Lichtleiterplatte 98 unmittelbar benachbarte Linsenplatte 122, welche eine Vielzahl von plankonvexen Sammellinsen 124 umfasst und z.B. aus Acrylglas gefertigt ist. Durch die Sammellinsen 124 wird von der Leuchtstruktur 94 abgege- benes Licht in die Lichtleiterplatte 98 kollimiert.Arranged on the narrow surface 100 of the light guide plate 98 is a coupling device 120, which is bounded on the outside by the housing 102. This includes one of the narrow surface 100 of the light guide plate 98 immediately adjacent lens plate 122, which comprises a plurality of plano-convex converging lenses 124 and is made for example of acrylic glass. By means of the collecting lenses 124, light emitted by the luminous structure 94 is collimated into the optical waveguide plate 98.
Außerdem umfasst die Koppeleinrichtung 120 einer Leuchtstoffschicht 126, welche in Richtung auf die Schmalfläche 100 der Lichtleiterplatte 98 gesehen vor der Linsenplatte 122 angeordnet ist. Diese umfasst feine Leuchtstoffpartikel 128, welche in nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehenem Silikonöl homogen verteilt sind. Die Leuchtstoffpartikel 128 sind aus Farbzentren aufweisenden transparenten Festkörpermaterialien hergestellt. Bei den Leuchtstoffpartikeln 128 kann es sich auch jeweils um eine Mischung mehrerer verschiedene Sorten von Leuchtstoffpartikel handeln.In addition, the coupling device 120 comprises a phosphor layer 126 which, viewed in the direction of the narrow surface 100 of the light guide plate 98, is arranged in front of the lens plate 122. This comprises fine phosphor particles 128 which are homogeneously distributed in silicone oil not specifically provided with a reference numeral. The phosphor particles 128 are made of color centered transparent solid state materials. The phosphor particles 128 can also each be a mixture of several different types of phosphor particles.
Die Halbleiterstrukturen 12 der Leuchtchips 10 aus p-GaN/n- InGaN strahlen bei Anlegen einer Spannung ultraviolettes Licht sowie blaues Licht in einem Wellenlängenbereich von 420 nm bis 480 nm ab. Durch die geeignete Wahl von Leucht- stoffpartikeln bzw. Leuchtstoffpartikelmischungen kann so die von der Leuchtstruktur 94 emittierte Strahlung in eine Strahlung mit einem Spektrum umgewandelt werden, welches an ein Wunschspektrum angepasst ist; z.B. kann so Weißlicht erzeugt werden. Wenn auf die Leuchtstoffschicht 126 verzichtet wird, strahlt die Beleuchtungseinheit 92 blaues Licht ab.The semiconductor structures 12 of the luminescent chips 10 made of p-GaN / n-InGaN emit ultraviolet light and blue light in a wavelength range of 420 nm to 480 nm when a voltage is applied. As a result of the suitable choice of phosphor particles or phosphor particle mixtures, the radiation emitted by the luminous structure 94 can thus be converted into radiation with a spectrum which is adapted to a desired spectrum; e.g. can be generated as white light. When the phosphor layer 126 is omitted, the illumination unit 92 emits blue light.
Die Koppeleinrichtung 120 umfasst ferner eine dünne Acryl- platte 130, mit welcher verhindert wird, dass das mitThe coupling device 120 further comprises a thin acrylic plate 130, which is prevented with that
Leuchtstoffpartikeln 128 versehene Silikonöl der Leuchtstoffschicht 126 sich mit dem Silikonöl 108 im Innenraum 106 des Gehäuses 102 vermischt.Phosphor particles 128 provided silicone oil of the phosphor layer 126 is mixed with the silicone oil 108 in the interior 106 of the housing 102.
Bei hier nicht eigens gezeigten Abwandlungen der ersten Be- leuchtungseinheit 92 sind jeweils an weiteren Schmalflächen der Lichtleiterplatte 98 in entsprechender Weise Leuchtstrukturen 94 vorgesehen.In the case of modifications of the first Lighting unit 92 are each provided on further narrow surfaces of the light guide plate 98 in a corresponding manner lighting structures 94.
Das Gehäuse 102 kann in der Praxis im in Figur 14 gezeigten Querschnitt zwischen einigen mm und mehreren cm breit sein, so dass es jeweils mit einer entsprechend dicken Lichtleiterplatte 98 zusammenarbeiten kann. Nach oben hin kann diese Breite z.B. bis zu drei cm betragen, sie kann jedoch abhän- gig von der gewünschten Anwendung auch darüber liegen.In practice, in the cross-section shown in FIG. 14, the housing 102 may be between a few mm and several cm wide so that it can cooperate with a correspondingly thick light guide plate 98 in each case. At the top, this width can be e.g. It can be up to three cm, but it can also be over it, depending on the desired application.
In Figur 15 ist eine zweite Beleuchtungseinheit 132 gezeigt, bei welcher Komponenten, die denjenigen der ersten Beleuchtungseinheit 92 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.FIG. 15 shows a second illumination unit 132, in which components which correspond to those of the first illumination unit 92 are provided with the same reference numerals.
Wie in Figur 15 zu erkennen ist, ist die Leuchtstruktur 94 in einer Nut 134 angeordnet, welche in einer Hauptfläche 136 der Lichtleiterplatte 98 vorgesehen ist. An jeder Nutwand 138, 140 ist eine Koppeleinrichtung 120 vorgesehen. Am Nutboden 142 ist eine Reflexionsfolie 144 angebracht, welche innerhalb der Lichtleiterplatte 98 verlaufende Strahlung, die auf die Reflexionsfolie 114 trifft, wieder in die Lichtleiterplatte 98 zurück reflektiert.As can be seen in FIG. 15, the luminous structure 94 is arranged in a groove 134 which is provided in a main surface 136 of the lightguide plate 98. At each groove wall 138, 140, a coupling device 120 is provided. At the groove bottom 142, a reflection film 144 is mounted, which within the light guide plate 98 extending radiation, which strikes the reflective film 114, reflected back into the light guide plate 98 back.
Am Nutboden 142 sind zwei gegenüber diesem schräg verlaufende Reflexionsflächen 146 und 148 vorgesehen, welche sich in der Mitte der Nut 134 treffen und von dort in Richtung auf die Reflexionsfolie 144 verlaufen.At the bottom of the groove 142 there are two reflecting surfaces 146 and 148 which are inclined relative to the latter and which meet in the middle of the groove 134 and extend therefrom in the direction of the reflection film 144.
Die Nut 134 ist mit einem Deckel 150 verschlossen, durch welchen hindurch die Halterung 96 der Leuchtstruktur 94 mit einer außen an der Lichtleiterplatte 98 angebrachten Kühlplatte 152 wärmeleitend verbunden ist. Die Nut 134 ist mit Silikonöl 108 gefüllt, welches von der Leuchtstruktur 94 erzeugte Wärme zum Deckel 150 hin abführt. Auf seiner zum Nutboden 142 weisenden Seite trägt der Deckel 150 eine Reflexionsschicht 154. Durch die Reflexionsflächen 146, 148 und die Reflexionsschicht 154 wird von der Leuchtstruktur 94 emittierte Strahlung, die nicht in Richtung auf die Koppeleinrichtungen 120 bzw. die Nutwände 138, 140 abgestrahlt wird, in Richtung auf die Koppeleinrichtungen 120 umgelenkt. Dies ist in Figur 15 durch den eine Strahlenver- lauf andeutenden Pfeil 118 veranschaulicht.The groove 134 is closed by a cover 150, through which the holder 96 of the light-emitting structure 94 is connected in a heat-conducting manner to a cooling plate 152 attached to the outside of the light guide plate 98. The groove 134 is filled with silicone oil 108, which dissipates heat generated by the luminous structure 94 toward the cover 150. The cover 150 carries a reflection layer 154 on its side pointing toward the groove bottom 142. Radiation emitted by the luminous structure 94 is emitted by the reflection surfaces 146, 148 and the reflection layer 154 and is not emitted in the direction of the coupling devices 120 or groove walls 138, 140 , deflected in the direction of the coupling devices 120. This is illustrated in FIG. 15 by the arrow 118 indicating a ray trajectory.
Durch die Kontaktschichten 38 und 40 und die durch diese zur Verfügung gestellten Kontaktflächen 46 und 48 kann ein Leuchtchip 10 elektrisch verschaltet werden, ohne dass auf das anfällige Drahtbondieren zurückgegriffen werden muss. Der Anschluss an elektrische System kann durch sicherere Verfahren und zuverlässigere elektrische Verbindungen, wie beispielsweise Lötverfahren und Lötverbindungen, erfolgen.By way of the contact layers 38 and 40 and the contact surfaces 46 and 48 provided by them, a light chip 10 can be electrically connected without having to resort to the susceptible wire bonding. The connection to electrical system can be made by safer methods and more reliable electrical connections, such as soldering and soldering.
Ein Leuchtchip 10, 10' ist so robust, dass er wie ein aus der Elektronik bekanntes SMD-Bauelement , also beispielsweise wie ein Widerstand oder ein Kondensator, gehandhabt werden kann .A light chip 10, 10 'is so robust that it can be handled like an SMD component known from electronics, that is, for example, as a resistor or a capacitor.
Über die Kontaktschichten 38 und 40 in Verbindung mit den Materialbahnen 42 und 44 wird eine gute Wärmeabführung erreicht, so dass ein Leuchtchip 10, 10' gegebenenfalls auch ohne Wärmeabführung über eine wärmeleitende Flüssigkeit, wie sie im Gegensatz dazu bei den Beleuchtungseinheiten 92 und 132 verwendet wird, verwendet werden kann. In einer Abwandlung können hierfür die Kontaktschichten 38 und 40 gegebenenfalls wärmeleitend mit einem Kühlkörper verbunden werden.Good heat dissipation is achieved via the contact layers 38 and 40 in conjunction with the material webs 42 and 44, so that a light chip 10, 10 'optionally also without heat dissipation via a heat-conductive liquid, as used in the lighting units 92 and 132 , can be used. In a modification, for this purpose, the contact layers 38 and 40 may optionally be connected to a heat sink in a heat-conducting manner.
Im Verhältnis zu der Abstrahlfläche der Halbleiterstruktur 12 ist die Abstrahlfläche des Leuchtchips 10, 10' auf Grund des Trägersubstrats 32 vergrößert. Dieses gibt über seine gesamte von der Halbleiterstruktur 12 abliegende äußere Fläche Licht ab. Gegebenfalls kann diese Fläche aufgeraut werden, so dass zusätzlich Streueffekt genutzt werden können.In relation to the emission surface of the semiconductor structure 12, the emission surface of the luminous chip 10, 10 'is at the base of the carrier substrate 32 is increased. This emits light over its entire outer surface remote from the semiconductor structure 12. If necessary, this surface can be roughened, so that in addition scattering effect can be used.
Anders als bei herkömmlichen LEDs kann ein Leuchtchip 10, 10' als Bauteil frei getragen werden, was anhand der Leuchteinheiten 56, 62, 64, 72, 86 oder 90 ersichtlich wird.Unlike conventional LEDs, a light chip 10, 10 'as a component can be freely worn, which is apparent from the light units 56, 62, 64, 72, 86 or 90.
Mehrere Leuchtchips 10, 10' können beliebig miteinander verschaltet werden, so dass den Anwendungsmöglichkeiten praktisch keine Grenzen gesetzt sind.Several light-emitting chips 10, 10 'can be interconnected with one another as desired, so that there are virtually no limits to the application possibilities.
In der Praxis können auch Leuchteinheiten genutzt werden, welche der Leuchteinheit 92 nach den Figuren 13 und 14 oder der Leuchteinheit 132 nach Figur 15 entsprechen, ohne dass eine Lichtleiterplatte 98 vorgesehen ist. In diesem Fall können die Kühlkörper 112 bzw. 152 sowie das jeweilige Gehäuse an die jeweiligen Umgebungsbedingungen angepasst und somit maßgeschneidert werden.In practice, it is also possible to use light units which correspond to the lighting unit 92 according to FIGS. 13 and 14 or the lighting unit 132 according to FIG. 15, without a light guide plate 98 being provided. In this case, the heat sink 112 or 152 and the respective housing can be adapted to the respective environmental conditions and thus tailored.
Bei den Leuchteinheiten 56, 62, 64, 72, 86 und 90 sind jeweils mehrere Leuchtchips 10 vorhanden. Diese können verschiedene Halbleiterstrukturen 12 aufweisen, welche im Ro- ten, im Grünen und im Blauen emittieren, wodurch die Leuchteinheiten 56, 62, 64, 72, 86 und 90 jeweils RGB-Leuchtein- heiten bilden. Wenn die Leuchteinheit 95 der Beleuchtungseinheiten 92 oder 132 aus derartigen RGB-Leuchteinheiten 56, 62, 64, 72, 86 oder 90 gebildet ist, wird bei den Beleuch- tungseinheiten 92 oder 132 auf die LeuchtstoffSchicht 126 mit den Leuchtstoffpartikeln 128 verzichtet und stattdessen eine Diffusionsschicht 156 verwendet, wie sie an und für sich beispielsweise in Form einer Folie bekannt ist. Diese ist in den Figuren 14 und 15 durch das Bezugszeichen 156 in Klammern gekennzeichnet. Weißlicht wird in diesem Fall da- durch erzeugt, dass rotes, grünes und blaues Licht der entsprechendes Licht emittierenden Leuchtchips 10 gemischt wird.In the light units 56, 62, 64, 72, 86 and 90 each have a plurality of light chips 10 are available. These can have different semiconductor structures 12 which emit in the red, green and blue, whereby the lighting units 56, 62, 64, 72, 86 and 90 each form RGB lighting units. If the lighting unit 95 of the lighting units 92 or 132 is formed from such RGB lighting units 56, 62, 64, 72, 86 or 90, then the lighting unit 92 or 132 dispenses with the phosphor layer 126 with the phosphor particles 128 and instead a diffusion layer 156, as it is known per se, for example in the form of a film. This is indicated in FIGS. 14 and 15 by the reference numeral 156 in brackets. White light is used in this case by that red, green and blue light of the corresponding light-emitting phosphor chip 10 is mixed.
Bei einer nicht eigens gezeigten weiteren Abwandlung ist die Schicht 126 ohne Leuchtstoffpartikel 128 aus beispielsweise Silikonöl gebildet und gegebenenfalls zusätzlich die Diffusionsschicht 156 vorgesehen.In a further modification not specifically shown, the layer 126 is formed without phosphor particles 128 from, for example, silicone oil and possibly additionally the diffusion layer 156 is provided.
Je nach Ansteuerung der Rotlicht-, Grünlicht- oder Blaulicht-Leuchtchips 10 kann Licht weitgehend beliebiger Farbe erzeugt werden.Depending on the control of the red light, green light or blue light luminescent chips 10, light of largely any color can be generated.
Im Falle, dass die Leuchteinheiten 56, 62, 64, 72, 86 oder 90 als RGB-Leuchteinheiten ausgebildet sind, sind zwei benachbarte Leuchtchips 10 bei einem Ausführungsbeispiel in einem Abstand von 3 mm bis 7 mm, vorzugsweise von 5 mm, voneinander angeordnet .In the case that the lighting units 56, 62, 64, 72, 86 or 90 are formed as RGB lighting units, two adjacent light-emitting chips 10 are arranged in one embodiment at a distance of 3 mm to 7 mm, preferably 5 mm from each other.
Wenn Leuchtchips 10 einzelner Farben Licht nur in eine Richtung emittieren können, können diese alternativ auch abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten eines Trägermediums angeordnet sein, um eine Abstrahlung in alle Raumrichtungen durch die Leuchteinheit 95 zu erhalten.Alternatively, if luminous chips 10 of individual colors can emit light in only one direction, they can alternatively be arranged alternately on opposite sides of a carrier medium in order to obtain radiation in all spatial directions by the lighting unit 95.
Bei dieser Ausbildung der Beleuchtungseinrichtungen 92 und 132 mit RGB-Leuchteinheiten 95 können Leuchtchips 10 verwendet werden, welche mit einer Leistung von mehr als 1 Watt pro Leuchtchip 10 betrieben werden, ohne das ergänzende Maß- nahmen getroffen werden müssen, um eine homogene Durchmischung des Rot-, Grün- und Blaulichts und eine zufriedenstellende Einkopplung des Mischlichts in die Lichtleiterplatte 98 zu gewährleisten. Bei der Verwendung herkömmlicher leistungsstarker Leuchtdioden sind dagegen meist aufwändige Einrichtungen zum Mischen des von den einzelnen Leuchtchips emittierten Lichts nötig, um eine homogene Mischstrahlung zu erzielen . In this embodiment of the lighting devices 92 and 132 with RGB lighting units 95, it is possible to use light-emitting chips 10 which are operated with a power of more than 1 watt per light chip 10, without having to take additional measures to ensure homogeneous mixing of the red -, Green and blue light and to ensure a satisfactory coupling of the mixed light into the light guide plate 98. When using conventional powerful light emitting diodes, however, are usually complex facilities for mixing of the individual light chips emitted light necessary to achieve a homogeneous mixed radiation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Leuchtchip mit1. Light chip with
a) wenigstens einer Halbleiterstruktur (12), welche bei Spannungsbeaufschlagung Licht abgibt und wenigstens einen Bondbereich (28, 24c) umfasst;a) at least one semiconductor structure (12) which emits light when exposed to voltage and comprises at least one bonding region (28, 24c);
b) einem die Halbleiterstruktur (12) tragenden Trägersubstrat (32),b) a carrier substrate (32) carrying the semiconductor structure (12),
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
c) das Trägersubstrat (32) auf wenigstens einem über die Halbleiterstruktur (12) überstehenden Flächenbereich (34, 36) eine Kontaktschicht (38, 40) trägt, welche elektrisch leitend mit dem Bondbereich (28, 24c) der Halbleiterstruktur (12) verbunden ist.c) the carrier substrate (32) on at least one over the semiconductor structure (12) projecting surface area (34, 36) carries a contact layer (38, 40), which is electrically conductively connected to the bonding region (28, 24c) of the semiconductor structure (12) ,
2. Leuchtchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (38, 40) weitgehend parallel zu dem mit ihr verbundenen Bondbereich (28, 24c) der Halblei- terstruktur (12) verläuft.2. Luminescent chip according to claim 1, characterized in that the contact layer (38, 40) extends substantially parallel to the bonding region (28, 24c) of the semiconductor structure (12) connected to it.
3. Leuchtchip nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (38, 40) durch Aufdampfen eines Metalls oder einer Metall-Legierung, insbesondere einer Kupfer-Legierung, einer Gold-Legierung, einer Silber-Legierung oder einer Aluminium-Legierung, erhalten ist.3. Luminescent chip according to claim 1 or 2, characterized in that the contact layer (38, 40) by vapor deposition of a metal or a metal alloy, in particular a copper alloy, a gold alloy, a silver alloy or an aluminum alloy , is received.
4. Leuchtchip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kontaktschicht (38, 40) eine Kon- taktfläche (46, 48) bietet, welche eine Flächenerstreckung von etwa 20 % bis etwa 80 %, bevorzugt von etwa 30 % bis etwa 70 %, bevorzugter von etwa 40 % bis etwa 60 % und besonders bevorzugt von etwa 50 % der Fläche der größten aktiven Begrenzungsfläche (50) der Halbleiterstruktur (12) hat.4. Light chip according to one of claims 1 to 3, character- ized in that the contact layer (38, 40) has a Kon- has a surface area of from about 20% to about 80%, preferably from about 30% to about 70%, more preferably from about 40% to about 60%, and most preferably about 50% of the area of the largest active boundary surface (50) of the semiconductor structure (12).
5. Leuchtchip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht (38, 40) mittels einer elektrisch leitenden Materialbahn (42, 44) mit dem mit ihr verbundenen Bondbereich (28, 24c) verbunden ist.5. Luminous chip according to one of claims 1 to 4, characterized in that the contact layer (38, 40) by means of an electrically conductive material web (42, 44) is connected to its associated bonding region (28, 24c).
6. Leuchtchip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (42, 44) Metallpartikel, insbesondere Kupfer- oder Silberpartikel oder ein Gemisch davon, um- fasst .6. Luminescent chip according to claim 5, characterized in that the material web (42, 44) comprises metal particles, in particular copper or silver particles or a mixture thereof.
7. Leuchtchip nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel in einem Trägermaterial, insbesondere einem Zweikomponenten-Material, bevorzugt einem Zweikomponenten-Klebstoff, homogen verteilt ist.7. Luminescent chip according to claim 6, characterized in that the metal particles in a carrier material, in particular a two-component material, preferably a two-component adhesive, is homogeneously distributed.
8. Leuchtchip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (42, 44) durch Aufdampfen eines Metalls oder einer Metall-Legierung, insbesondere einer Kupfer- Legierung, einer Gold-Legierung, einer Silber-Legierung oder einer Aluminium-Legierung, erhalten ist.8. Luminescent chip according to claim 5, characterized in that the material web (42, 44) obtained by vapor deposition of a metal or a metal alloy, in particular a copper alloy, a gold alloy, a silver alloy or an aluminum alloy is.
9. Leuchtchip nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Trägersubstrat (32) eine Dicke hat, welche das etwa lOfache bis etwa δOfache, vorzugsweise das 20fache bis etwa 30fache, der Höhe der Halbleiterstruktur (12) beträgt.9. Luminescent chip according to one of claims 1 to 8, character- ized in that the carrier substrate (32) has a thickness which is about 10 times to about δOfache, preferably 20 times to about 30 times the height of the semiconductor structure (12).
10. Leuchtvorrichtung mit a) wenigstens einer Halbleiterstruktur (12), welche bei Spannungsbeaufschlagung Licht abgibt und wenigstens einen Bondbereich (28, 24c) umfasst;10. Lighting device with a) at least one semiconductor structure (12) which emits light when exposed to voltage and comprises at least one bonding region (28, 24c);
b) wenigstens einer mit einer Spannungsquelle verbindbaren Anschlusseinrichtung (58, 60; 68, 70; 82), welche elektrisch leitend mit dem Bondbereich (28, 24c) der Halbleiterstruktur (12) verbunden ist,b) at least one connection device (58, 60, 68, 70, 82) which can be connected to a voltage source and which is connected in an electrically conductive manner to the bonding region (28, 24c) of the semiconductor structure (12),
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
c) wenigstens ein Leuchtchip (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist;c) at least one light chip (10, 10 ') is provided according to one of claims 1 to 10;
d) die Anschlusseinrichtung (58, 60; 68, 70; 82) mit der Kontaktschicht (38, 40) des Leuchtchips (10, 10') elektrisch leitend verbunden ist.d) the connection device (58, 60, 68, 70, 82) is electrically conductively connected to the contact layer (38, 40) of the luminous chip (10, 10 ').
11. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtchip (10, 10') von einer Leiterplatte (74) getragen ist, wobei die Anschlusseinrichtung (82) als Anschlussbahn (82) auf der Leiterplatte (74) ausgebildet ist.11. A lighting device according to claim 10, characterized in that the light chip (10, 10 ') by a printed circuit board (74) is carried, wherein the connection device (82) as a connection track (82) on the circuit board (74) is formed.
12. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtleiterelement (98) vorgesehen ist und der Leuchtchip (10, 10') derart angeordnet ist, dass von ihm emittiertes Licht in das Lichtleiter- element (98) eingekoppelt wird.12. Lighting device according to claim 10 or 11, characterized in that a light guide element (98) is provided and the light-emitting chip (10, 10 ') is arranged such that light emitted by it light is coupled into the light guide element (98).
13. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleiterelement (98) plattenförmig ist und der Leuchtchip (10, 10') seitlich neben einer Schmalfläche (100) des Lichtleiterelements (12) angeord- net ist .13. A lighting device according to claim 12, characterized in that the light guide element (98) is plate-shaped and the light chip (10, 10 ') laterally next to a narrow surface (100) of the light guide element (12) angeord- is net.
14. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtchip (10, 10') in einer Nut (134) angeordnet ist, welche in einer Hauptfläche (136) des Lichtleiterelements (12) vorgesehen ist.14. Lighting device according to claim 12 or 13, characterized in that the light chip (10, 10 ') in a groove (134) is arranged, which in a major surface (136) of the light guide element (12) is provided.
15. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Seite des Leuchtchips (10, 10') wenigstens bereichsweise eine Reflexionsschicht (144, 146, 148) gegenüberliegt, welche von dem Leuchtchip (10, 10') emittiertes Licht in Richtung auf das Innere des Lichtleiterelementes (98) reflektiert.15. Luminous device according to one of claims 12 to 14, characterized in that at least one side of the luminous chip (10, 10 ') at least partially opposite a reflection layer (144, 146, 148) which of the luminous chip (10, 10') emitted Light in the direction of the interior of the light guide element (98) reflected.
16. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtchip (10, 10') zumindest teilweise über ein lichtleitendes Material (108) mit dem Lichtleiterelement (98) gekoppelt ist.16. Lighting device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the light chip (10, 10 ') is at least partially coupled via a light-conducting material (108) with the light guide element (98).
17. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Material (108) ein Silikonmaterial, insbesondere ein Silikonöl, ist.17. Lighting device according to claim 16, characterized in that the light-conducting material (108) is a silicone material, in particular a silicone oil.
18. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine LeuchtstoffSchicht (126) umfasst, in welcher Leuchtstoffpartikeln (128) vorzugsweise homogen verteilt sind, welche von dem Leuchtchip (10, 10') emittiertes Licht absorbieren und ihrerseits Licht einer anderen Wellenlänge emittieren.18. Lighting device according to one of claims 12 to 17, characterized in that it comprises a phosphor layer (126) in which phosphor particles (128) are preferably distributed homogeneously, which of the light chip (10, 10 ') absorb light emitted light and in turn emit a different wavelength.
19. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtchip (10, 10') wärmeleitend mit einem Kühlkörper (112; 152) verbunden ist. 19. Lighting device according to one of claims 10 to 17, characterized in that the light chip (10, 10 ') is thermally conductively connected to a heat sink (112, 152).
20. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halbleiterstruktur (12) Licht einer ersten Farbe, wenigstens eine Halbleiterstruktur (12) Licht einer zweiten Farbe und wenigstens eine Halbleiterstruktur (12) Licht einer dritten Farbe emittiert.20. Luminous device according to one of claims 10 to 19, characterized in that at least one semiconductor structure (12) light of a first color, at least one semiconductor structure (12) light of a second color and at least one semiconductor structure (12) emits light of a third color.
21. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich- net, dass die erste Farbe Rot, die zweite Farbe Grün und die dritte Farbe Blau ist. 21. Lighting device according to claim 20, marked thereby, that the first color is red, the second color is green and the third color is blue.
PCT/EP2009/003506 2008-05-27 2009-05-16 Light-emitting chip and light-emitting apparatus having such a light-emitting chip WO2009152908A2 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9537056B2 (en) 2010-02-18 2017-01-03 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100999733B1 (en) * 2010-02-18 2010-12-08 엘지이노텍 주식회사 Light emitting device, method for fabricating the light emitting device and light emitting device package
TWI523269B (en) 2012-03-30 2016-02-21 晶元光電股份有限公司 Light-emitting device
CN107425099B (en) * 2012-04-27 2019-12-13 晶元光电股份有限公司 Light emitting element
TWI626395B (en) 2013-06-11 2018-06-11 晶元光電股份有限公司 Light emitting device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910006706B1 (en) * 1988-12-12 1991-08-31 삼성전자 주식회사 Manufacturing method of light emitted diode array head
TW383508B (en) * 1996-07-29 2000-03-01 Nichia Kagaku Kogyo Kk Light emitting device and display
JP3337405B2 (en) * 1996-12-27 2002-10-21 シャープ株式会社 Light-emitting display element, method for connecting to light-emitting substrate, and method for manufacturing
DE10017336C2 (en) * 2000-04-07 2002-05-16 Vishay Semiconductor Gmbh Process for the production of radiation-emitting semiconductor wafers
DE102004050371A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component with a wireless contact
DE102006049081B4 (en) * 2006-10-13 2012-06-14 Noctron Soparfi S.A. Semiconductor lamps and light panels with such
US7626210B2 (en) * 2006-06-09 2009-12-01 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Low profile side emitting LED

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9537056B2 (en) 2010-02-18 2017-01-03 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device

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