WO2012160107A2 - Optisches element, optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung dieser - Google Patents

Optisches element, optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung dieser Download PDF

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Martin Brandl
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Definitions

  • At least one object of certain embodiments is to specify an optical element. At least one more
  • an optical element which is suitable for refraction of light, light scattering, light diffraction, wavelength conversion or a combination of one or more of said functions.
  • the optical element can for this purpose a lens layer with one or more lenses, for example in the form of a Single lens or a lens matrix or a lens array, have.
  • the optical element can have several
  • the optical element can have one or more wavelength conversion substances in the form of a wavelength conversion layer.
  • optical element has several layers, these are on top of each other and
  • Element at least one layer, by means of a
  • the optical element may comprise a plurality of layers, which are produced by means of a compression molding process. Preferably, all layers of the optical element by means of a
  • Method for producing an optical element at least one layer produced by means of a compression molding process For this purpose, the at least one layer on a plastic, which is processable by means of a compression molding process.
  • a first layer is produced by means of a compression molding process.
  • a Forming a second layer formed on the first layer by means of a Forming a second layer formed on the first layer.
  • the first and second layers may be formed by above-mentioned layers. Furthermore, more than two layers can also be used by means of successive
  • Mold pressing process steps are molded together.
  • Formpressvons steps can be molded together.
  • an optical element has a wavelength conversion layer and a
  • the wavelength conversion layer and the scattering layer are arranged one on top of the other.
  • the wavelength conversion layer and the scattering layer can be arranged directly on one another or at least in partial areas directly on one another.
  • the optical element may be suitable and designed in particular for the light extraction and conversion of light emitted by a light
  • Wavelength conversion layer and the litter layer each have a processable in a compression molding process plastic on.
  • the wavelength conversion layer and the scattering layer can preferably be produced by means of a molding process. According to another embodiment are in a
  • Wavelength conversion layer and the scattering layer as the first and second layers of the optical element are each made by means of a compression molding process.
  • This may in particular mean that, in a first molding step, the first layer is produced by means of a compression molding process, wherein the first layer is selected from the
  • Wavelength conversion layer and the scattering layer can be.
  • the second layer selected according to the
  • Wavelength conversion layer and the scattering layer, formed on the first layer may in particular mean that, for example, in a first molding step as the first layer, the wavelength conversion layer by means of a
  • the litter layer is also produced by means of a compression molding process as a second layer and thereby to the
  • Wavelength conversion layer formed it may also be possible that in the first forming step the litter layer is produced as the first layer, to which then in the second forming step the second layer
  • Wavelength conversion layer is formed.
  • Element is a lens layer with a lens or a
  • Plurality of lenses in the form of a lens array or a lens array is by means of a molding process in a coherent composite formed as a lens layer.
  • Form of a lens or a plurality of lenses which is overmolded with a second layer.
  • the first and second layers have different in this case
  • the optical element may be formed as a so-called flat lens or plane lens, in which the lens mold is formed at the interface between the first and second layers and in which the
  • a refraction of light can be achieved.
  • the method described above can be applied accordingly.
  • the optical element for the preparation of such an optical element, the method described above can be applied accordingly.
  • Element is a wavelength conversion layer and a
  • Lens layer or a flat lens which are integrally formed.
  • One of said layers is formed as a first layer according to the aforementioned method by means of compression molding in a first molding process step and the further layer or the further layers are formed in further process steps by molding in each case in further compression molding process steps.
  • a molding apparatus is involved in the first molding step
  • the optical element has only one layer, for example a lens layer, it can be used as the Lens layer produced first layer can be removed as an optical element.
  • the optical element has at least one second layer in addition to the first layer, then in a second molding step the second layer can be produced in the same molding apparatus, the first layer forming part of a mold of the molding tool for producing the second layer and optionally one another compression molding tool for special shaping of the second
  • Layer is used in comparison to the first layer as a further part of the mold.
  • Wavelength conversion layer can be produced.
  • a scattering layer can be produced in the same molding apparatus, wherein the wavelength conversion layer forms part of the mold of the molding tool for producing the scattering layer.
  • a lens layer can be produced, which in a second
  • Refractive index to form a flat lens or with a wavelength conversion layer las second layer is overmolded.
  • the reverse can also be used
  • the second layer can be produced in a single step and joined by the molding with the first layer, so that a defined Layer structure alone through the steps of the
  • optical element can be used as a functional unit, for example a
  • Wavelength conversion layer Wavelength conversion layer, a litter layer, a lens layer or a combination thereof by means of
  • Forming process can be produced.
  • Compression molding formed the optical element to a carrier film.
  • the first layer may be formed on the carrier film provided in the compression molding apparatus together with the material for the first layer.
  • the carrier film can serve for further transport and further handling of the optical element.
  • the carrier film can also serve as a so-called release film, on which the composite can be singulated into the optical elements. The singulation can be done for example by a method such as sawing, scribing, breaking, punching and / or laser cutting or a combination thereof.
  • the carrier film can also serve as a so-called release film, on which the composite can be singulated into the optical elements. The singulation can be done for example by a method such as sawing, scribing, breaking, punching and / or laser cutting or a combination thereof.
  • the carrier film can also serve as a so-called release film, on which the composite can be singulated into the optical elements. The singulation can be done for example by a method such as sawing, scribing, breaking,
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • the litter layer is designed as a reflector layer or as a diffuser layer. This may mean, in particular, that the litter layer has a plastic processed in a compression molding process, the scattering particles, which are designed as diffuser or reflector particles.
  • the scattering particles may comprise, for example, a metal and / or a metal oxide, such as titanium oxide (TiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), such as corundum, and / or glass particles.
  • a metal oxide such as titanium oxide (TiO 2 ) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), such as corundum, and / or glass particles.
  • the scattering particles can diameter or grain sizes of less than a micrometer up to an order of 10 micrometers or even up to 50
  • the scattering particles can grain sizes or diameters of less than or equal to 10 ym and more preferably of less than or equal to 3 ym and
  • the scattering and / or reflective properties of the litter layer can be selectively adjusted. According to a further embodiment, the
  • the wavelength conversion layer may comprise one or more wavelength conversion substances which are suitable for light with a certain spectrum, in particular
  • Light emitted by a light-emitting semiconductor chip at least partially absorb and emit as at least at least partially different wavelength range.
  • Wavelength conversion substance may, for example, comprise one or more of the following materials: Materials with rare earths and / or alkaline earth metals, for example rare earth and alkaline earth metal garnets, such as YAG: Ce 3+ , nitrides, nitridosilicates, sions, sialones,
  • wavelength conversion substance may additionally or
  • an organic material which may be selected from a group comprising perylenes, benzopyrene, coumarins, rhodamines and azo dyes.
  • Wavelength conversion layer may be suitable mixtures and / or combinations of the
  • Absorbed wavelength conversion layer in an ultraviolet to blue wavelength range and emitted in a different wavelength range which has blue to red wavelengths or wavelength ranges, for example, green and red wavelengths or
  • Wavelength ranges or yellow wavelengths or
  • Wavelength conversion layer with such
  • Wavelength conversion substance which converts a part of a blue semiconductor chip emitted by a semiconductor chip into yellow and / or green and red light, can in particular by superposition of unconverted light with
  • converted light to be generated white light.
  • other combinations of absorbed and emitted light are possible for the wavelength conversion substance. It may also be possible, for example, that the entire or almost entire in the
  • Wavelength conversion layer irradiated light is converted.
  • Wavelength conversion layer as in one
  • plastic silicone or a silicone-epoxy hybrid material are easy to process not only in compression molding but also offer high resistance to radiation and environmental aging.
  • silicone and silicone-epoxy hybrid materials can be used
  • a flat lens has a first layer and a second layer each with a silicone, wherein the silicone of the first layer and the silicone of the second layer different
  • the refractive index of a silicone depends in particular on the organic substituents R 1 , R 2 and R 3 on the silicon atom and on the degree of branching of the silicone. Terminal groups of the silicone can be with R 1 R 2 R 3 SIOI / 2, linear groups with R 1 R 2 Si0 2/2 and
  • R 1 Si03 / 2 branching groups with R 1 Si03 / 2 describe.
  • R 1 and / or R 2 and / or R 3 may be independently selected on each silicon atom.
  • R 1 , R 2 and R 3 are from a variation of
  • organic substituents selected with a different number of carbon atoms.
  • the organic substituents can be in any relation to each other in a silicone.
  • a substituent has 1 to 12, in particular 1 to 8, carbon atoms.
  • R 1 , R 2 and R 3 are methyl, ethyl,
  • the refractive indices can be adjusted by the formation of hybrid materials, for example silicone epoxy. According to a further embodiment, at least one
  • Layer for example, a lens layer, or glazed by the surface of the optical element formed by the layer.
  • the vitrification can be done for example by means of an oxygen plasma (02 plasma).
  • Litter layer formed layer at least one recess in which a light-emitting semiconductor chip can be arranged.
  • the recess is particularly in the
  • the depression is preferably on one of a further layer, for example a wavelength conversion layer,
  • the optical element with the recess can be arranged on or above a light-emitting semiconductor chip, so that it is located within the
  • a wavelength conversion layer especially in the direction of another layer, preferably a wavelength conversion layer, are directed. Converted from the wavelength conversion layer Light that emits in the direction of the light
  • Semiconductor chips is emitted and thus opposite to the desired emission direction, can by the between the light-emitting semiconductor chip and the
  • light losses due to backscattering from the conversion layer in the direction of the light-emitting semiconductor chip or onto a carrier on which the light-emitting semiconductor chip is arranged can be avoided.
  • the light emitted from the light-emitting semiconductor chip can be detected by the scattering layer with respect to it
  • Emitters are homogenized, so that an inhomogeneous light distribution of the light emitted from the semiconductor chip emitting light in the
  • Wavelength conversion layer can be avoided.
  • the at least one depression can with regard to their
  • lateral dimensions so in terms of their cross-section, be adapted to the lateral dimensions or the cross section of the light-emitting semiconductor chip, which is arranged in the recess. This may mean in particular that the depression only slightly wider than the
  • Semiconductor chip is and the same cross-sectional shape as the
  • the light-emitting semiconductor chip has.
  • the light-emitting semiconductor chip can be uniformly surrounded by the scattering layer on its side surfaces.
  • it can be achieved by the optical element described here that, in comparison to known measures, the backscatter in the direction of the light-emitting semiconductor chip and / or an inhomogeneous light distribution in try to prevent the wavelength conversion layer from scattering particle admixtures in the
  • Wavelength conversion layer as well as a reflective potting can be avoided, in which the light
  • emitting semiconductor chip usually up to
  • Chip upper edge is shed and then on the
  • Conversion layer is applied. Manufacturing-related fluctuations of such known measures can be avoided by the method described here, in particular, a defined layer thickness and structure of both the litter layer and the wavelength conversion layer can be achieved. Furthermore, a more homogeneous
  • the scattering layer has a plurality of depressions, in which a plurality of light-emitting semiconductor chips can be arranged.
  • Wavelength conversion layer and the litter layer are made with at least one recess.
  • the recess may thus be formed as a through hole or as a through hole through the litter layer, of the
  • Wavelength conversion layer facing away from the
  • Litter layer reaches up to the wavelength conversion layer. If a light-emitting semiconductor chip is arranged in the recess, then this can along the course of the
  • the recess is formed as a non-continuous hole or non-continuous opening, for example, as a blind hole in the litter layer.
  • Wavelength conversion layer facing away from the
  • Litter layer through a portion of the litter layer in the direction of the wavelength conversion layer Due to the formation of the at least one recess as a non-continuous hole can be a direct emission of light from one in the
  • Recessed light-emitting semiconductor chip can be avoided on the wavelength conversion layer.
  • the scattering layer may have such a thin thickness in the region of the bottom of the depression that adjoins the wavelength conversion layer that little or almost no light is reflected back from the scattering layer to the light-emitting semiconductor chip, but that in the direction of
  • the optical element has a layer other than the scattering layer, for example a lens layer or a wavelength conversion layer, in which a depression is formed, wherein the above-described features regarding the depression also apply in this case.
  • Element on a side facing away from the litter layer of a wavelength conversion layer at least one
  • the surface structure may in particular be suitable for increasing the light extraction from the wavelength conversion layer or the optical element.
  • the surface structure may have lenticular and / or prismatic elevations and / or depressions.
  • Wavelength conversion layer formed That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be any wavelength conversion layer formed. That can be
  • Lichtauskoppel für may in particular comprise a plastic which is processable by means of a compression molding process.
  • the light extraction layer may preferably be transparent.
  • the light-outcoupling layer may comprise the same plastic material as the scattering layer and / or the wavelength conversion layer.
  • Wavelength conversion layer the litter layer
  • first molding step as a first layer
  • second and third layers of the optical element which are each produced by means of a compression molding process
  • Wavelength conversion layer the litter layer or the Lichtauskoppel bark be prepared.
  • the wavelength conversion layer as the first layer the wavelength conversion layer as the first layer
  • a second layer can be molded onto the first layer.
  • the wavelength conversion layer is produced as the first layer
  • the second light-off layer or the second light-emitting layer can be used as the second layer
  • Litter layer be molded to the first layer.
  • a third forming step as a third layer, the remaining of the three layers mentioned can be molded onto the first or second layer.
  • the first layer is the
  • Forming tool forms the molding apparatus for producing the second layer and the first and the second
  • Layer form a part of the mold of a compression molding tool of the molding apparatus for producing the third layer. This makes it possible to successively the three
  • Wavelength conversion layer and Lichtauskoppel bark can thus with a defined layer structure by the
  • Forming process can be produced in a simple and economical manner. According to a further embodiment, at least in a partial area between the scattering layer and the
  • Wavelength conversion layer arranged a transparent material.
  • the transparent material may in particular be a processable in a molding process plastic, for example, the same material as for the
  • Wavelength conversion layer and / or the scattering layer This may make it possible for the litter layer and the
  • Form wavelength conversion layer each having a desired surface structure on the mutually facing surfaces, wherein gaps between the scattering layer and the wavelength conversion layer are filled by the interposed transparent material.
  • the litter layer can be on the Wavelength conversion layer facing side may be formed in the form of a reflector funnel, which is at least partially filled with the transparent material, so that over the litter layer, regardless of the surface shape of the litter layer, the wavelength conversion layer
  • a planar or a curved layer can be arranged.
  • the optoelectronic component has a carrier.
  • the carrier may for example be a plastic or
  • the carrier as a printed circuit board
  • PCB Printed Circuit Board
  • the carrier may for example be designed as a so-called FR4 circuit board. Furthermore, the carrier can also as
  • the carrier material may also comprise composite materials, for example of copper and epoxy.
  • At least one light-emitting semiconductor chip is arranged on the carrier.
  • the carrier is in particular suitable for providing a mounting region for the at least one light-emitting semiconductor chip, so that the light-emitting semiconductor chip mounted on the carrier and can be electrically connected.
  • the carrier may in particular form a carrier referred to below as a planar carrier, on which the light
  • the optical element preferably has a recess as described above for the scattering layer, in which the
  • optoelectronic semiconductor chip is arranged.
  • the carrier may also have a housing or be formed as a housing, which has a recess, so a cavity, in which the at least one light
  • the housing may for example comprise a plastic material, in the electrical contact elements, for example in the form of
  • Leadframe pieces are embedded. The depression in the
  • Housing can the at least one light-emitting
  • the light is
  • emissive semiconductor chip formed, in operation, light having a wavelength from the ultraviolet to the infrared
  • Wavelength range and more preferably in one
  • the light-emitting semiconductor chip for example, based on an arsenide, a phosphide or a nitride compound semiconductor material and epitaxially grown Semiconductor layer sequence with an active region,
  • a pn junction for example, a pn junction or a
  • Quantum well structure be formed.
  • Embodiments of light-emitting semiconductor chips are known to the person skilled in the art and are therefore not further explained here.
  • the at least one light-emitting semiconductor chip is on a planar support in the at least one depression described above
  • the light-emitting semiconductor chip may be surrounded by the litter layer of the optical element in such a way that as far as possible all light which is emitted by the light-emitting semiconductor chip is directed onto the litter layer and / or in the direction of the luminescent layer
  • Wavelength conversion layer is emitted. Due to the scattering particles contained in the litter layer, such a
  • Such known light emitting diodes are often light emitting diode chips emitting blue light having a wavelength conversion layer which convert at least part of the blue light into yellow light. In that with such well-known ones
  • the light emitted by the at least one light-emitting semiconductor chip can advantageously be homogenized by the scattering layer so that the proportion of the light emitted by the light-emitting semiconductor chip that is to be converted can be adjusted in a targeted manner by the wavelength conversion layer.
  • optical element Production of the optical element in a simple manner possible to set the desired radiation characteristic of the optoelectronic component already in the manufacture of the optical element.
  • According to another embodiment is on a flat
  • the optical element has a plurality of recesses in the scattering layer, so that the plurality of light-emitting semiconductor chips can be arranged in the plurality of recesses.
  • the optoelectronic component can be embodied, for example, as a light tile which, for example, emits the light in a matrix-like arrangement
  • the light-emitting semiconductor chips Distributed over the surface of the planar carrier, the light-emitting semiconductor chips emit light in a punctiform manner and thus in an inhomogeneous manner, which can be homogenized by the litter layer of the optical element. That from the wavelength conversion layer of the optical element or optionally from the
  • the optical element in a method for producing the optoelectronic component, is produced in the manner described above and joined together with a planar carrier having at least one light-emitting semiconductor chip such that the at least one light-emitting semiconductor chip in the at least one recess of the optical Elements is arranged.
  • the optical element can be prepared in the manner described above prior to assembly with the carrier and already completed. The optical element can then subsequently be applied to the carrier with the at least one light-emitting semiconductor chip and be connected to the carrier, for example by gluing.
  • Forming tool forms the molding device for producing the scattering layer.
  • the scattering layer may be formed on the carrier with the at least one light-emitting semiconductor chip.
  • the lamination layer after the molding on to the carrier with the at least one light-emitting semiconductor chip at least a recess in which the light-emitting semiconductor chip is arranged and which is adapted in shape to the at least one light-emitting semiconductor chip.
  • the litter layer can be formed as the first layer of the optical element in the first molding step to the support, while the wavelength conversion layer is formed in a subsequent second molding step to the litter layer.
  • the wavelength conversion layer may also be possible for the wavelength conversion layer to be produced first in the compression molding apparatus in a first molding step and for a second molding step for
  • Production of the litter layer forms part of the mold of the molding apparatus. Another part of
  • Press mold of the molding apparatus then forms the carrier with the at least one light-emitting semiconductor chip, between which then the litter layer is formed and to which the litter layer is respectively formed.
  • a planar carrier has a plurality of light-emitting semiconductor chips.
  • a carrier designed as a housing has a plurality of light-emitting semiconductor chips on which a common optical element is arranged. Furthermore, the carrier
  • a common optical element For example, have a plurality of housings which are arranged together on a circuit board and on which a common optical element is arranged.
  • the optical element may be provided with one or a plurality of
  • Layers with different optical functionalities can be produced in the same compression molding apparatus by successive molding processes. Furthermore, a large number of light-emitting
  • Semiconductor chips are combined in a process step, for example, with one or a plurality of optical elements. As a result, for example, the production of a light tile is possible. Alternatively, by a
  • FIGS 1A to 1D are schematic representations of
  • Figures 2A and 2B are schematic representations for
  • FIGS 3A to 3D are schematic representations of
  • FIGS. 4A to 4C are schematic representations of
  • Figures 5A and 5B are schematic representations of an optical
  • Figures 6A and 6B are schematic representations for optical
  • FIGS. 7A to 7C show schematic representations of a method for producing an optoelectronic component according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 8A and 8B are schematic representations of
  • FIGS. 9A to 9D are schematic representations of optoelectronic components according to others
  • FIGS. 1A to 1D show a method for producing an optical element 100 according to one exemplary embodiment.
  • a molding device 80 which has a lower molding tool 81 and an upper molding tool 82.
  • the lower molding tool 81 is a molding compound 91 with a processable in a compression molding process
  • Forming tool 81 is present.
  • the upper molding die 82 has a support frame 83 which holds a support sheet 84.
  • the optical element 100 produced by means of the method shown here is arranged on the carrier film 84 after production and can therefore be processed further easily.
  • the carrier film 84 polytetrafluoroethylene (PTFE)
  • the design of the molding device 80 is to be understood as an example only and may have further or alternative features, the structure and operation of compression molding apparatuses
  • a lens layer 7 is produced from the molding compound 91 by compression molding, that is, assembly and compression of the lower and upper molding tools 81, 82.
  • the compression molding can be carried out with simultaneous heat.
  • FIG. 1B For the sake of clarity, in FIG. 1B
  • the finished lens layer 7 can be easily removed from the lower molding die and remains on the carrier film 84.
  • the optical element 100 formed by the lens layer 7 can be glazed.
  • the vitrification can be done for example by means of an oxygen plasma (02 plasma).
  • the optical element 100 finished as the lens layer 7 is shown on the carrier film 84 in a section.
  • the lens layer 7 is formed as a matrix of a plurality of lenses in a composite, that is, as a so-called lens array. If the lens layer 7 is to be divided into small units or individual lenses, this takes place in a further method step in the form of a Separation process along dividing lines 99, as indicated in Figure 1D.
  • the singling can take place, for example, by sawing, scribing, breaking, punching and / or laser cutting or a combination thereof and can be carried out on the carrier film 84 acting as a release film in this case.
  • Figure 2A is an embodiment of a
  • optoelectronic component 200 which comprises an optical element 100 in the form of a lens layer 7 according to the
  • the optical element 100 is arranged on a carrier 4 on which a plurality of light-emitting semiconductor chips 5 is arranged in the exemplary embodiment shown.
  • the carrier 4 is formed as a housing 9 with a plastic material, in which, for example, a lead frame (not shown) may be embedded to mount the light-emitting semiconductor chips 5 and electrically connect. For example, the electrical connection via a lead frame (not shown)
  • the light-emitting semiconductor chips 5 are in one
  • the recess may be, for example, as shown in FIG.
  • the optical element 100 may be glued on.
  • the light-emitting semiconductor chips 5 may be identical or different and have one of the compound semiconductor materials mentioned above in the general part.
  • the light-emitting semiconductor chips 5 may each have a nitride or phosphide compound semiconductor material and may be provided to emit colored light during operation, in particular blue, green, yellow or red light.
  • FIG. 2B shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic component 201, which, in comparison to the previous exemplary embodiment, has a carrier 4 which extends through a circuit board 12 and a plurality thereof
  • the optical element 100 forms a common optical element for the light-emitting semiconductor chips 5 and is arranged on the housings 9.
  • FIGS. 3A to 3D show a method for producing an optical element 101 according to another
  • the optical element 101 has a wavelength conversion layer 1 and a diffusion layer 2.
  • Wavelength conversion layer 1 is in a first
  • silicone is a wavelength conversion substance according to an embodiment described in the general part.
  • the wavelength conversion layer 1 forms a first layer of the optical element 101, which is arranged on the carrier film 84.
  • the lower molding tool 81 is shaped in terms of its shape
  • the molding compound 92 likewise contains a plastic which can be deformed by a compression molding process, in the exemplary embodiment shown silicone or a silicone-epoxy hybrid material which contains scattering particles, that is to say diffuser and / or reflector particles as described in the general part. Furthermore, a demolding film 85 is in turn arranged in the lower molding tool 81.
  • Wavelength conversion layer 1 already the first
  • Layer of the optical element 101 has been prepared, a part of the mold of the upper molding die 82 of the
  • Forming device 80 forms.
  • the second molding compound 92 is formed to the litter layer 2 as a second layer of the optical element 100, wherein these by means of the shown
  • Wavelength conversion layer 1 is formed.
  • the optical element 101 can, as described below, directly on a support with a plurality of light-emitting
  • the optical element 101 can also be separated into individual optical elements by means of separation, which for example each have one or more depressions 21.
  • the optical element 101 has the recesses 21 in a matrix-like arrangement, whereby a large number of light-emitting semiconductor chips can be coated with the optical element 101 or optionally correspondingly separated parts of the optical element 101.
  • FIGS. 4A to 4C show method steps of a further method for producing a
  • Wavelength conversion layer 1 for an optical element according to another embodiment shown.
  • Compression molding tool 81 and an upper molding die 82 are provided as the molding apparatus 80.
  • Forming tool 82 a molding substrate 821, for example in the form of a Teflon plate having a negative structure 86 in the form of lenticular cavities.
  • Wavelength conversion layer 1 are produced, which has a three-dimensional surface structure 11 in the form of
  • Surface structure 11 may be removed from the molding apparatus 80, as in the previous one
  • Embodiment be further used as part of the mold for producing a scattering layer.
  • the scattering layer can be molded onto the wavelength conversion layer 1, in particular in the previous exemplary embodiment.
  • FIGS. 5A to 6B further multilayer optical elements which can be produced analogously to the methods of the exemplary embodiments described above are shown.
  • FIG. 5A shows an exemplary embodiment of an optical element 102 on a carrier foil 84, in which a lens layer 7 is formed as the first layer, which is formed by a clear translucent silicone layer and which
  • Embodiment of Figures 1A to 1D is prepared, in a further molding process step a
  • Wavelength conversion layer 1 is formed as a second layer.
  • Figure 5B is an embodiment of a
  • FIG. 1 Compound is described with the figure 2A, as a Housing 9 formed carrier 4 having a plurality of light-emitting semiconductor chips 5 in a recess, wherein on the carrier 4, an optical element 102 is applied according to Figure 5A.
  • the light-emitting semiconductor chips 5 may be identical or different and have one of the compound semiconductor materials mentioned above in the general part.
  • the light-emitting semiconductor chips 5 may comprise a nitride compound semiconductor material and may be provided to emit blue light during operation.
  • the wavelength conversion layer 1 may have a
  • Wavelength conversion material which converts a portion of the light emitted from the light-emitting semiconductor chip 5 light into light with a different wavelength, for example, yellow and / or green and red light. As a result, it may be possible for the optical element 102 to be superimposed by the superposition of the converted light
  • unconverted light white light can be emitted.
  • FIG. 6A shows an exemplary embodiment of an optical element 103 on a carrier film 84, in which a lens layer 7 as a second layer adjoins a carrier film 84
  • Wavelength conversion layer 1 is formed as a first layer.
  • FIG. 6B shows an exemplary embodiment of an optical element 104 on a carrier layer 84, in which a lens layer 7 as a first layer, a second layer 8 of a transparent material is arranged and the
  • Lens layer 7 and the second layer 8 have different refractive indices.
  • the first layer 7 and the second layer 8 have different refractive indices.
  • Lens layer for example, a so-called silicone
  • Lens or Gradientenindexlinse is performed, in which a refraction of light by the refractive index jump at the
  • Interface between the lens layer 7 and the second layer 8 is effected.
  • a support 4 which is formed instead of a housing 9 as a planar support, as described in connection with the following embodiments, according to the following
  • FIGS. 3A to 3D depressions 21 are provided in the optical elements for the arrangement of light-emitting semiconductor chips 5, which are formed by means of compression molding. Furthermore, in addition to or as an alternative to the layers shown, the optical elements shown in FIGS. 1C, 5A, 6A and 6B can also have a scattering layer.
  • FIGS. 7A to 7C show a method for producing an optoelectronic component 204 according to a further exemplary embodiment.
  • Figure 7A are schematically the
  • processable plastic such as silicone, which has a surface structure 11 in the form of lenticular
  • prism-shaped elevations may be provided. Unlike a lens layer 7, as in
  • FIGS. 1A to 1D, 2A, 2B and 5A to 6B the lenticular responses of FIGS.
  • the wavelength conversion layer 1 and the litter layer 2 according to the embodiment of Figures 3A to 3D prepared and molded together.
  • the wavelength conversion layer 1 and the litter layer 2 according to the embodiment of Figures 3A to 3D prepared and molded together.
  • Another method step the light extraction layer 3 by providing a further, transparent molding compound in the same mold as the
  • Wavelength conversion layer 1 and the scattering layer 2 are produced, wherein the wavelength conversion layer 1 and the litter layer 2 a part of the mold of the
  • Wavelength conversion layer 1 is formed and to the
  • Wavelength conversion layer 1 are formed.
  • the optical element 105 produced in this way is mounted on a carrier 4 with a plurality of light emitting elements
  • the carrier 4 is designed as a planar carrier and may be, for example, a printed circuit board or a ceramic carrier, on the conductor tracks and / or electrical
  • the light-emitting semiconductor chips 5 are mounted on the carrier 4 and electrically connected.
  • the light-emitting semiconductor chips 5 may be identical or different and have one of the compound semiconductor materials mentioned above in the general part.
  • the light-emitting semiconductor chips may comprise a nitride compound semiconductor material and may be provided to emit blue light during operation.
  • the wavelength conversion layer 1 may have a
  • Wavelength conversion material which converts a portion of the light emitted from the light-emitting semiconductor chip 5 light into light with a different wavelength, for example, yellow and / or green and red light. As a result, it may be possible for the optical element 105 to superimpose the converted light with it
  • unconverted light white light can be emitted.
  • individual semiconductor chips 5 in each case illustrated individual semiconductor chips 5, in each case two or more semiconductor chips may also be arranged as light units which, for example, emit differently colored light, for example red and blue light.
  • the wavelength conversion substance of the wavelength conversion layer 1 can then preferably a part of, for example, the blue light in yellow light
  • Optoelectronic device 204 prepared in which the light-emitting semiconductor chips 5 each in a
  • Recess 21 of the litter layer 2 of the optical element 105 are arranged. Light emitted by the light
  • Semiconductor chips 5 is emitted is scattered at the scattering layer 2 and homogenized in the direction of the wavelength conversion layer 1.
  • a uniform and homogeneous radiation density in the wavelength conversion layer 1 can be achieved, whereby, for example, local
  • Wavelength conversion layer 1 and in particular in the Lichtauskoppel Anlagen 3 can be achieved.
  • Embodiment is designed as a light tile, which can radiate, for example, white light with a homogeneous luminous surface.
  • Element 105 of the previous embodiment can be further processed into individual optoelectronic component 205.
  • Embodiments for optoelectronic devices 206 to 209 shown.
  • the method according to FIGS. 7A to 7C the method according to FIGS. 7A to 7C.
  • the scattering layer 2 can be formed directly onto the carrier 4 by means of the compression molding process, whereby in the regions of the carrier 4 in which a light-emitting semiconductor chip 5 is arranged, in each case one depression 21 is formed which conforms to the shape of the respective light-emitting semiconductor chip 5 is adjusted.
  • the other layers of the illustrated optical elements 107 to 110 may be in preceding or following
  • the optoelectronic components 206 to 209 are each shown as light tiles. However, as described in connection with FIGS. 8A and 8B, these can also be found in FIG optoelectronic components with, for example, each only one light-emitting semiconductor chip 5 are isolated.
  • the optoelectronic component 206 according to FIG. 9A has an optical element 107 with a scattering layer 2, which has reflector-like depressions. About the litter layer 2 and the reflector-like recesses this is a
  • Wavelength conversion layer 1 is formed, which on the upper side facing away from the litter layer 2, a surface structure 11 to increase the light extraction in the form of
  • Optoelectronic device 207 shown having an optical element 108, compared to the previous
  • optoelectronic component 208 which has an optical element 109 with a scattering layer 2 and a
  • Wavelength conversion layer 1 wherein the
  • Wavelength conversion layer 1 has a structure 11 in the form of lens-like elevations. In each case, a lenticular elevation is arranged above a reflector-like depression of the litter layer 2.
  • the transparent material 6 is also included produced by a compression molding process and has the same shape as the wavelength conversion layer 1 in the embodiment of FIG 9C.
  • Wavelength conversion layer 1 in the embodiment according to FIG. 9D is embodied only as a thin layer on the transparent material 6. This makes it possible with regard to the amount of the of the
  • Wavelength conversion layer 1 converted light to adjust the wavelength conversion layer 1 exactly.
  • the wavelength conversion layer 1 can be positioned in this way uniformly spaced from the respective light-emitting semiconductor chip 5, over which it is arranged directly.
  • Wavelength conversion layer 1 the scattering layer 2, optionally the Lichtauskoppel bark 3 and the
  • Components can be produced which have a desired emission characteristic, for example a homogeneous
  • Radiation density with respect to the emitted light. Due to the fact that the light-emitting semiconductor chips 5 can be surrounded by the luminescent layer 2 on the planar carriers 4, for example, the direct emission of unconverted light can be effected, for example, in lateral directions from the opto-electronic
  • the functional unit of the layers of the optical elements in the form of the scattering layer, the wavelength conversion layer, The light-outcoupling layer and / or the lens layer can be produced by the multi-step molding method described here in the same molding apparatus in a simple manner and with few process steps with a high reliability.
  • Embodiments further or alternative features as described in the general part.

Abstract

Es wird ein optisches Element zur Lichtauskopplung und/oder Konversion von Licht aus einem Licht emittierenden Halbleiterchip (5) mit zumindest einer Schicht ausgewählt aus einer Wellenlängenkonversionsschicht (1), einer Streuschicht (2), einer Lichtauskoppelschicht (3) und einer Linsenschicht (7) angegeben, die jeweils einen in einem Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff aufweisen. Weiterhin werden ein optoelektronisches Bauelement mit einem Träger (4) mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip (5) und einem optischen Element sowie Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements und eines optoelektronischen Bauelements angegeben.

Description

Beschreibung
Optisches Element, optoelektronisches Bauelement und
Verfahren zur Herstellung dieser
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 102 350.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es werden ein optisches Element, ein optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung dieser angegeben.
Zumindest eine Aufgabe bestimmter Ausführungsformen ist es, ein optisches Element anzugeben. Zumindest eine weitere
Aufgabe bestimmter Ausführungsformen ist es, ein
optoelektronisches Bauelement mit einem optischen Element anzugeben. Weitere Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen liegen darin, Verfahren zur Herstellung eines optischen
Elements und eines optoelektronischen Bauelements anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände und Verfahren gemäß der folgenden Beschreibung gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein optisches Element vorgesehen, das zur Lichtbrechung, Lichtstreuung, Lichtbeugung, Wellenlängenkonversion oder einer Kombination einer oder mehrerer der genannten Funktionen geeignet ist. Das optische Element kann dazu eine Linsenschicht mit einer oder mehreren Linsen, beispielsweise in Form einer Einzellinse oder einer Linsenmatrix oder eines Linsen-Arrays , aufweisen. Weiterhin kann das optische Element mehrere
Materialien mit verschiedenen Brechungsindices ,
beispielsweise in Form einer Streuschicht mit einem
Matrixmaterial mit eingebetteten Streupartikeln oder in Form von zumindest zwei Schichten mit unterschiedlichen
Brechungsindices, aufweisen. Weiterhin kann das optische Element einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe in Form einer Wellenlängenkonversionsschicht aufweisen.
Weiterhin sind auch Kombinationen der vorgenannten Merkmale und/oder Schichten möglich. Weist das optische Element mehrere Schichten auf, so sind diese aufeinander und
bevorzugt direkt aufeinander oder zumindest in Teilbereichen direkt aufeinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element zumindest eine Schicht auf, die mittels eines
Formpressverfahrens hergestellt ist. Weiterhin kann das optische Element mehrere Schichten aufweisen, die mittels eines Formpressverfahrens hergestellt sind. Bevorzugt können alle Schichten des optischen Elements mittels eines
Formpressverfahrens hergestellt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements zumindest eine Schicht mittels eines Formpressverfahrens hergestellt. Hierzu weist die zumindest eine Schicht einen Kunststoff auf, das mittels eines Formpressverfahrens verarbeitbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren des optischen Elements in einem ersten Verfahrensschritt eine erste Schicht mittels eines Formpressverfahrens hergestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mittels eines Formpressverfahrens eine zweite Schicht an die erste Schicht angeformt. Die erste und die zweite Schicht können durch oben genannte Schichten gebildet sein. Weiterhin können auch mehr als zwei Schichten mittels aufeinander folgender
Formpressverfahrensschritte aneinander angeformt werden.
Besonders bevorzugt werden alle Schichten des optischen
Elements jeweils mittels eines Formpressverfahrens
hergestellt, wobei im Falle von mehreren Schichten diese bevorzugt durch aufeinander folgende
Formpressverfahrensschritte aneinander angeformt werden können .
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für das optische Element wie auch für das Verfahren zur Herstellung des optischen Elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein optisches Element eine Wellenlängenkonversionsschicht und eine
Streuschicht auf. Die Wellenlängenkonversionsschicht und die Streuschicht sind aufeinander angeordnet. Insbesondere können die Wellenlängenkonversionsschicht und die Streuschicht direkt aufeinander oder zumindest in Teilbereichen direkt aufeinander angeordnet sein.
Das optische Element kann in diesem Fall insbesondere zur Lichtauskopplung und Konversion von Licht geeignet und ausgebildet sein, das von einem Licht emittierenden
Halbleiterchip abgestrahlt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die
Wellenlängenkonversionsschicht und die Streuschicht jeweils einen in einem Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff auf. Insbesondere sind die Wellenlängenkonversionsschicht und die Streuschicht bevorzugt mittels eines Formpressverfahrens jeweils herstellbar. Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in einem
Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements die
Wellenlängenkonversionsschicht und die Streuschicht als erste und zweite Schicht des optischen Elements jeweils mittels eines Formpressverfahrens hergestellt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass in einem ersten Formschritt die erste Schicht mittels eines Formpressverfahrens hergestellt wird, wobei die erste Schicht ausgewählt aus der
Wellenlängenkonversionsschicht und der Streuschicht sein kann. In einem zweiten Formschritt wird die zweite Schicht, entsprechend ausgewählt aus der
Wellenlängenkonversionsschicht und der Streuschicht, an die erste Schicht angeformt. Das kann insbesondere bedeuten, dass beispielsweise in einem ersten Formschritt als erste Schicht die Wellenlängenkonversionsschicht mittels eines
Formpressverfahrens hergestellt wird. Im zweiten Formschritt wird als zweite Schicht die Streuschicht ebenfalls mittels eines Formpressverfahrens hergestellt und dabei an die
Wellenlängenkonversionsschicht angeformt. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass im ersten Formschritt die Streuschicht als erste Schicht hergestellt wird, an die dann im zweiten Formschritt als zweite Schicht die
Wellenlängenkonversionsschicht angeformt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element eine Linsenschicht mit einer Linse oder einer
Mehrzahl von Linsen in Form einer Linsenmatrix oder eines Linsen-Arrays auf. Die Mehrzahl der Linsen wird dabei mittels eines Formpressverfahrens in einem zusammenhängenden Verbund als Linsenschicht ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element eine erste Schicht auf, die als Linsenschicht die
Form einer Linse oder einer Mehrzahl von Linsen aufweist, die mit einer zweiten Schicht überformt ist. Die erste und zweite Schicht weisen in diesem Fall unterschiedliche
Brechungsindices auf. Dadurch kann das optische Element als sogenannte flache Linse oder ebene Linse ausgebildet sein, bei der die Linsenform an der Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Schicht ausgebildet ist und bei der die der
Grenzfläche abgewandte Seite der ersten und zweiten Schicht jeweils flach, also eben, ausgeführt sein kann. Durch den Brechungsindexsprung an der linsenförmig ausgebildeten
Grenzfläche kann eine Lichtbrechung erreicht werden. Zur Herstellung eines solchen optischen Elements kann das vorab beschriebene Verfahren entsprechend angewendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element eine Wellenlängenkonversionsschicht und eine
Linsenschicht oder eine flache Linse auf, die aneinander angeformt sind. Eine der genannten Schichten wird als erste Schicht gemäß dem vorgenannten Verfahren mittels Formpressen in einem ersten Formpressverfahrensschritt ausgebildet und die weitere Schicht oder die weiteren Schichten werden in weiteren Verfahrensschritten mittels Formpressverfahren jeweils in weiteren Formpressverfahrensschritten angeformt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für den ersten Formschritt eine Formpress-Vorrichtung mit
Formpresswerkzeugen bereitgestellt, in dem die erste Schicht hergestellt wird. Weist das optische Element nur eine Schicht auf, beispielsweise eine Linsenschicht, kann die als Linsenschicht hergestellt erste Schicht als optisches Element entnommen werden.
Weist das optische Element zumindest eine zweite Schicht zusätzlich zur ersten Schicht auf, so kann in einem zweiten Formschritt die zweite Schicht in derselben Formpress- Vorrichtung hergestellt werden, wobei die erste Schicht einen Teil einer Pressform des Formpresswerkzeugs zur Herstellung der zweiten Schicht bildet und gegebenenfalls ein weiteres Formpresswerkzeug zur speziellen Formgebung der zweiten
Schicht im Vergleich zur ersten Schicht als weiterer Teil der Pressform verwendet wird.
Beispielsweise kann im ersten Formschritt in der Formpress- Vorrichtung als erste Schicht eine
Wellenlängenkonversionsschicht hergestellt werden. Im zweiten Formschritt kann als zweite Schicht eine Streuschicht in derselben Formpress-Vorrichtung hergestellt werden, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht einen Teil der Pressform des Formpresswerkzeugs zur Herstellung der Streuschicht bildet. Weiterhin kann im ersten Formschritt als erste Schicht eine Linsenschicht hergestellt werden, die in einem zweiten
Formschiritt mit einem Material mit einem anderen
Brechungsindex zur Bildung einer flachen Linse oder mit einer Wellenlängenkonversionsschicht las zweite Schicht überformt wird. Alternativ dazu kann auch die jeweils umgekehrte
Herstellungsreihenfolge möglich sein.
Durch die Verwendung derselben Formpress-Vorrichtung
beziehungsweise der ersten Schicht als Teil der Pressform des Formpress-Vorrichtung kann die zweite Schicht in einem einzigen Schritt hergestellt und durch das Anformen mit der ersten Schicht verbunden werden, so dass ein definierter Schichtaufbau allein durch die Formschritte des
Formpressverfahrens möglich ist. Das optische Element kann dabei als funktionale Einheit beispielsweise einer
Wellenlängenkonversionsschicht, einer Streuschicht, einer Linsenschicht oder einer Kombination daraus mittels des
Formpressverfahrens hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im
Formpressverfahren das optische Element an eine Trägerfolie angeformt. Beispielsweise kann im Falle eines mehrschichtigen optischen Elements die erste Schicht an die Trägerfolie angeformt werden, die in der Formpress-Vorrichtung zusammen mit dem Material für die erste Schicht bereitgestellt wird. Nach der Entnahme des ein- oder mehrschichtigen optischen Elements kann die Trägerfolie zum weiteren Transport und der weiteren Handhabung des optischen Elements dienen. Wird im Formpressverfahren ein Verbund einer Mehrzahl von optischen Elementen hergestellt, kann die Trägerfolie auch als so genannte Trennfolie dienen, auf der der Verbund in die optischen Elemente vereinzelt werden kann. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch ein Verfahren wie etwa Sägen, Ritzen, Brechen, Stanzen und/oder Lasertrennen oder eine Kombination daraus erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Trägerfolie
Polytetrafluorethylen (PTFE) auf, das beispielsweise aufgrund seiner hohen Prozessstabilität vorteilhaft sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Streuschicht als Reflektorschicht oder als Diffusorschicht ausgeführt. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Streuschicht einen in einem Formpressverfahren verarbeiteten Kunststoff aufweist, der Streupartikel aufweist, die als Diffusor- oder Reflektorpartikel ausgeführt sind.
Insbesondere können die Streupartikel beispielsweise eine Metall und/oder ein Metalloxid, so etwa Titanoxid (Ti02) oder Aluminiumoxid (AI2O3) wie etwa Korund, und/oder Glaspartikel umfassen. Die Streupartikel können dabei Durchmesser oder Korngrößen von weniger als einem Mikrometer bis zu einer Größenordnung von 10 Mikrometer oder auch bis zu 50
Mikrometer aufweisen. Beispielsweise können die Streupartikel Korngrößen oder Durchmesser von kleiner oder gleich 10 ym und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 3 ym und
weiterhin von größer oder gleich 300 nm aufweisen. Durch das Material, die Größe und Größenverteilung sowie die Menge und Konzentration von Streupartikeln in der
Streuschicht können die streuenden und/oder reflektierenden Eigenschaften der Streuschicht gezielt eingestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Wellenlängenkonversionsschicht einen in einem
Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff auf, in dem ein Wellenlängenkonversionsstoff enthalten ist. Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, die geeignet sind, Licht mit einem bestimmtem Spektrum, insbesondere
Licht, das von einem Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlt wird, zumindest teilweise zu absorbieren und als mit einem zumindest davon zumindest teilweise verschiedenen Wellenlängenbereich zu emittieren. Der
Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Materialien mit Seltenen Erden und/oder Erdalkalimetallen, beispielsweise Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, etwa YAG:Ce3+, Nitride, Nitridosilikate, Sione, Sialone,
Aluminate, Oxide, Halophosphate, Orthosilikate, Sulfide, Vanadate, Chlorosilikate, Oxinitride und Molybdate. Weiterhin kann der Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder
alternativ ein organisches Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt sein kann, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Die
Wellenlängenkonversionsschicht kann geeignete Mischungen und/oder Kombinationen der genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht in einem ultravioletten bis blauen Wellenlängenbereich absorbiert und in einem davon verschiedenen Wellenlängenbereich emittiert, der blaue bis rote Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche aufweist, beispielsweise grüne und rote Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche oder gelbe Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche oder eine Kombination daraus oder auch blaue, grüne, gelbe und rote Wellenlängen oder
Wellenlängenbereiche. Durch eine
Wellenlängenkonversionsschicht mit einem derartigen
Wellenlängenkonversionsstoff, der einen Teil eines von einem Halbleiterchip abgestrahlten blauen Halbleiterchips in gelbes und/oder grünes und rotes Licht umwandelt, kann insbesondere durch Überlagerung von unkonvertiertem Licht mit
konvertiertem Licht weißes Licht erzeugt werden. Alternativ dazu sind auch andere Kombinationen von absorbierten und emittierten Licht für den Wellenlängenkonversionsstoff möglich. Es kann beispielsweise auch möglich sein, dass das gesamte oder nahezu gesamte in die
Wellenlängenkonversionsschicht eingestrahlte Licht konvertiert wird. In diesem Fall spricht man auch von einer so genannten Vollkonversion.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen je nach ein- oder mehrschichtiger Ausbildung des optischen Elements eine
Linsenschicht und/oder eine Streuschicht und/oder eine
Wellenlängenkonversionsschicht als in einem
Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial auf. Diese Materialien lassen sich nicht nur in Formpressverfahren leicht verarbeiten, sondern bieten auch eine hohe Beständigkeit hinsichtlich strahlungs- und umgebungsbedingter Alterung. Silikon und Silikon-Epoxid-Hybridmaterialien können insbesondere
besonders strahlungsbeständig in Bezug auf von Licht
emittierenden Halbleiterchips abgestrahltes Licht sein. Bei einem Formpressverfahren gibt es im Vergleich zu anderen Umformungsverfahren keinen Anguss, so dass im Vergleich zu diesen eine Materialersparnis erreicht werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine flache Linse eine erste Schicht und eine zweite Schicht jeweils mit einem Silikon auf, wobei das Silikon der ersten Schicht und das Silikon der zweiten Schichte unterschiedliche
Brechungsindices aufweisen. Der Brechungsindex eines Silikons richtet sich insbesondere nach den organischen Substituenten R1, R2 und R3 am Siliziumatom sowie nach dem Verzweigungsgrad des Silikons. Endständige Gruppen des Silikons lassen sich mit R1R2R3SiOi/2, lineare Gruppen mit R1R2Si02/2 und
verzweigende Gruppen mit R1Si03/2 beschreiben. R1 und/oder R2 und/oder R3 können an jedem Siliziumatom unabhängig gewählt sein. R1, R2 und R3 sind dabei aus einer Variation von
organischen Substituenten mit einer unterschiedlichen Anzahl von Kohlenstoffatomen gewählt. Die organischen Substituenten können in einem Silikon in einem beliebigen Verhältnis zueinander stehen. In der Regel weist ein Substituent 1 bis 12, insbesondere 1 bis 8, Kohlenstoffatome auf.
Beispielsweise sind R1, R2 und R3 aus Methyl, Ethyl,
Cyclohexyl oder Phenyl, insbesondere Methyl und Phenyl gewählt. Weiterhin können die Brechungsindizes durch die Bildung von Hybridmaterialien, zum Beispiel Silikonepoxy, eingestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eine
Schicht, beispielsweise eine Linsenschicht, oder eine durch die Schicht gebildete Oberfläche des optischen Elements verglast. Das Verglasen kann beispielsweise mittels eines Sauerstoffplasmas (02-Plasma) erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine als
Streuschicht ausgebildete Schicht zumindest eine Vertiefung auf, in der ein Licht emittierender Halbleiterchip angeordnet werden kann. Die Vertiefung wird insbesondere bei der
Herstellung der Streuschicht mittels des Formpressverfahrens hergestellt. Nach der Herstellung des optischen Elements ist die Vertiefung bevorzugt an einer einer weiteren Schicht, beispielsweise einer Wellenlängenkonversionsschicht,
abgewandten Seite der Streuschicht angeordnet. Auf diese Weise kann das optische Element mit der Vertiefung auf beziehungsweise über einem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet werden, so dass sich dieser innerhalb der
Vertiefung befindet. Licht, das vom Licht emittierenden
Halbleiterchip abgestrahlt wird, kann dabei von der
Streuschicht gestreut und/oder reflektiert werden und
insbesondere auch in Richtung einer weiteren Schicht, bevorzugt einer Wellenlängenkonversionsschicht, gelenkt werden. Von der Wellenlängenkonversionsschicht konvertiertes Licht, das in Richtung des Licht emittierenden
Halbleiterchips abgestrahlt wird und somit entgegen der gewünschten Abstrahlrichtung, kann durch die zwischen dem Licht emittierenden Halbleiterchip und der
Wellenlängenkonversionsschicht befindlichen Streuschicht gestreut und/oder reflektiert werden und so in Richtung der gewünschten Abstrahlrichtung gelenkt werden. Dadurch können Lichtverluste durch Rückstreuung von der Konversionsschicht in Richtung des Licht emittierenden Halbleiterchips oder auf einen Träger, auf dem der Licht emittierende Halbleiterchip angeordnet ist, vermieden werden. Weiterhin kann das Licht, das vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlt wird, durch die Streuschicht hinsichtlich seiner
Abstrahlcharakteristik homogenisiert werden, so dass eine inhomogene Lichtverteilung des von dem Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlten Lichts in der
Wellenlängenkonversionsschicht vermieden werden kann.
Die zumindest eine Vertiefung kann hinsichtlich ihrer
lateralen Abmessungen, also hinsichtlich ihres Querschnitts, an die lateralen Abmessungen beziehungsweise den Querschnitt des Licht emittierenden Halbleiterchips angepasst sein, der in der Vertiefung angeordnet wird. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Vertiefung nur wenig breiter als der
Halbleiterchip ist und dieselbe Querschnittsform wie der
Halbleiterchip aufweist. Dadurch kann der Licht emittierende Halbleiterchip an seinen Seitenflächen gleichmäßig von der Streuschicht umgeben sein. Mit Vorteil kann durch das hier beschriebene optische Element erreicht werden, dass im Vergleich zu bekannten Maßnahmen, die eine Rückstreuung in Richtung des Licht emittierenden Halbleiterchips und/oder eine inhomogene Lichtverteilung in der Wellenlängenkonversionsschicht zu verhindern versuchen, Streupartikelbeimischungen in der
Wellenlängenkonversionsschicht sowie auch ein reflektierender Verguss vermieden werden können, in den der Licht
emittierende Halbleiterchip üblicherweise bis zur
Chipoberkante vergossen wird und auf den dann die
Konversionsschicht aufgebracht wird. Herstellungsbedingte Schwankungen derartiger bekannter Maßnahmen können durch das hier beschriebene Verfahren vermieden werden, insbesondere kann eine definierte Schichtdicke und -struktur sowohl der Streuschicht als auch der Wellenlängenkonversionsschicht erreicht werden. Weiterhin kann eine homogenere
Strahlungsdichte in der Wellenlängenkonversionsschicht und daraus resultierend eine bessere Helligkeits- und
Farbortverteilung im Vergleich zu bekannten Maßnahmen
erreicht werden. Lokale Strahlenschädigungen der
Wellenlängenkonversionsschicht aufgrund einer hohen
Strahlungsdichte über dem Chip, wie sie bei bekannten
Aufbauten passieren können, können vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Streuschicht nach der Herstellung eine Mehrzahl von Vertiefungen auf, in denen eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet werden können. Mit anderen Worten kann mit dem hier beschriebenen Verfahren ein Verbund von
zusammenhängenden optischen Elementen mit der
Wellenlängenkonversionsschicht und der Streuschicht mit zumindest einer Vertiefung hergestellt werden. Durch
Vereinzeln von Bereichen mit zumindest einer oder mehreren Vertiefungen in der Streuschicht eine Mehrzahl von optischen Elementen herzustellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zumindest
Vertiefung in der Streuschicht durch die Streuschicht
hindurchragen. Die Vertiefung kann somit als durchgehendes Loch oder als durchgehende Öffnung durch die Streuschicht ausgebildet sein, die von der der
Wellenlängenkonversionsschicht abgewandten Seite der
Streuschicht bis zur Wellenlängenkonversionsschicht reicht. Wird ein Licht emittierender Halbleiterchip in der Vertiefung angeordnet, so kann dieser entlang des Verlaufs der
Vertiefung Licht direkt auf die
Wellenlängenkonversionsschicht abstrahlen. Besonders
bevorzugt ist die Vertiefung als nicht durchgängiges Loch beziehungsweise nicht durchgängige Öffnung, beispielsweise also als Sackloch, in der Streuschicht ausgebildet. Die
Vertiefung reicht dabei von der der
Wellenlängenkonversionsschicht abgewandten Seite der
Streuschicht durch einen Teil der Streuschicht in Richtung der Wellenlängenkonversionsschicht. Durch die Ausbildung der zumindest einen Vertiefung als nicht durchgängiges Loch kann eine direkte Abstrahlung von Licht von einem in der
Vertiefung angeordneten Licht emittierenden Halbleiterchip auf die Wellenlängenkonversionsschicht vermieden werden. Die Streuschicht kann im Bereich des Bodens der Vertiefung, der an die Wellenlängenkonversionsschicht angrenzt, eine derart dünne Dicke aufweisen, dass nur wenig oder nahezu kein Licht von der Streuschicht zum Licht emittierenden Halbleiterchip zurückreflektiert wird, aber dass in Richtung der
Wellenlängenkonversionsschicht abgestrahlte Licht
hinsichtlich seiner Abstrahlrichtung homogenisiert werden kann, bevor es auf die Wellenlängenkonversionsschicht trifft. Dadurch kann vermieden werden, dass an einzelnen Stellen der Wellenlängenkonversionsschicht eine zu hohe Strahlungsdichte erreicht wird, während die Strahlungsdichte an anderen Stellen der Wellenlängenkonversionsschicht geringer ist, was möglicherweise eine inhomogene Strahlungsdichte des von der Wellenlängenkonversionsschicht und damit vom optischen
Element abgestrahlten Lichtleistung hätte.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das optische Element eine andere Schicht als die Streuschicht, beispielsweise eine Linsenschicht oder eine Wellenlängenkonversionsschicht, aufweist, in der eine Vertiefung ausgebildet ist, wobei die vorab beschriebenen Merkmale betreffend die Vertiefung auch in diesem Fall gelten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optische
Element auf einer der Streuschicht abgewandten Seite einer Wellenlängenkonversionsschicht zumindest eine
Oberflächenstruktur, insbesondere eine dreidimensionale
Oberflächenstruktur, auf. Die Oberflächenstruktur kann insbesondere geeignet sein, die Lichtauskopplung aus der Wellenlängenkonversionsschicht oder dem optischen Element zu erhöhen. Beispielsweise kann die Oberflächenstruktur linsen- und/oder prismenförmige Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die
Oberflächenstruktur durch eine Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht gebildet. Das kann
insbesondere bedeuten, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht durch das Formpressverfahren mit der Oberflächenstruktur auf der der Streuschicht
abgewandten Seite hergestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die
Oberflächenstruktur durch eine Lichtauskoppelschicht gebildet, die auf der der Streuschicht abgewandten Seite der Wellenlängenkonversionsschicht angeordnet ist. Die
Lichtauskoppelschicht kann insbesondere einen Kunststoff aufweisen, der mittels eines Formpressverfahrens verarbeitbar ist. Weiterhin kann die Lichtauskoppelschicht bevorzugt transparent sein. Insbesondere kann die Lichtauskoppelschicht dasselbe Kunststoffmaterial wie die Streuschicht und/oder die WellenlängenkonversionsSchicht aufweisen . Zur Herstellung eines optischen Elements mit der
Wellenlängenkonversionsschicht, der Streuschicht und
zusätzlich einer Lichtauskoppelschicht als erste, zweite und dritte Schicht des optischen Elements, die jeweils mittels eines Formpressverfahrens hergestellt werden, kann in einem ersten Formschritt als erste Schicht die
Wellenlängenkonversionsschicht, die Streuschicht oder die Lichtauskoppelschicht hergestellt werden. Beispielsweise kann die Wellenlängenkonversionsschicht als erste Schicht
hergestellt werden. In einem zweiten Formschritt kann eine zweite Schicht an die erste Schicht angeformt werden. Im Falle, dass die Wellenlängenkonversionsschicht als erste Schicht hergestellt wird, kann im zweiten Formschritt als zweite Schicht die Lichtauskoppelschicht oder die
Streuschicht an die erste Schicht angeformt werden. In einem dritten Formschritt kann als dritte Schicht die verbleibende der drei genannten Schichten an die erste oder zweite Schicht angeformt werden. Im Falle dass als erste Schicht die
Wellenlängenkonversionsschicht und als zweite Schicht die Lichtauskoppelschicht hergestellt wurden, kann als dritte Schicht im dritten Formschritt die Streuschicht an die
Wellenlängenkonversionsschicht auf der der
Lichtauskoppelschicht abgewandten Seite angeformt werden. Alternativ dazu sind auch andere Reihenfolgen zur Herstellung der drei Schichten möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die drei
Schichten in derselben Formpress-Vorrichtung hergestellt, wobei die erste Schicht einen Teil der Pressform eines
Formpresswerkzeugs der Formpress-Vorrichtung zur Herstellung der zweiten Schicht bildet und die erste und die zweite
Schicht einen Teil der Pressform eines Formpresswerkzeugs der Formpress-Vorrichtung zur Herstellung der dritten Schicht bilden. Dadurch ist es möglich, nacheinander die drei
Schichten in jeweils einem Verfahrensschritt herzustellen und an eine bereits hergestellte Schicht anzufügen. Die
funktionale Einheit aus Streuschicht,
Wellenlängenkonversionsschicht und Lichtauskoppelschicht kann somit mit einem definierten Schichtaufbau durch das
Formpressverfahren in einfacher und wirtschaftlicher Weise hergestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest in einem Teilbereich zwischen der Streuschicht und der
Wellenlängenkonversionsschicht ein transparentes Material angeordnet. Das transparente Material kann insbesondere ein in einem Formpressverfahren verarbeitbarer Kunststoff sein, beispielsweise dasselbe Material wie für die
Wellenlängenkonversionsschicht und/oder die Streuschicht. Dadurch kann es möglich sein, die Streuschicht und die
Wellenlängenkonversionsschicht mit jeweils einer gewünschten Oberflächenstruktur auf den zueinander gewandten Oberflächen auszubilden, wobei Zwischenräume zwischen der Streuschicht und der Wellenlängenkonversionsschicht durch das dazwischen angeordnete transparente Material gefüllt sind.
Beispielsweise kann die Streuschicht dabei auf der der Wellenlängenkonversionsschicht zugewandten Seite in Form eines Reflektortrichters ausgebildet sein, der zumindest teilweise mit dem transparenten Material gefüllt ist, so dass über der Streuschicht unabhängig von der Oberflächenform der Streuschicht die Wellenlängenkonversionsschicht
beispielsweise in Form einer ebenen oder einer gebogenen Schicht angeordnet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein
optoelektronisches Bauelement ein optisches Element gemäß einer oder mehrerer der vorgenannten Ausführungsformen auf. Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement einen Träger auf . Der Träger kann beispielsweise ein Kunststoff- oder
Keramikträger mit elektrischen Leiterbahnen sein.
Beispielsweise kann der Träger als Leiterplatte,
beispielsweise in Form eines so genannten Printed Circuit Board (PCB) oder eines so genannten Metal Core Printed
Circuit Board (MCPCB) ausgeführt sein. Weiterhin kann der Träger beispielsweise als so genannte FR4-Leiterplatte ausgeführt sein. Weiterhin kann der Träger auch als
Keramiksubstrat mit Leiterbahnen und/oder elektrischen
Durchkontaktierungen ausgebildet sein. Darüber hinaus kann das Trägermaterial auch Verbundmaterialien, beispielsweise aus Kupfer und Epoxid, aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf dem Träger zumindest ein Licht emittierender Halbleiterchip angeordnet. Der Träger ist insbesondere geeignet, einen Montagebereich für den zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip bereitzustellen, sodass der Licht emittierende Halbleiterchip auf dem Träger montiert und elektrisch angeschlossen sein kann .
Der Träger kann insbesondere einen im Folgenden als ebenen Träger bezeichneten Träger bilden, auf dem der Licht
emittierende Halbleiterchip angeordnet ist. In diesem Fall weist das optische Element bevorzugt eine wie oben für die Streuschicht beschriebene Vertiefung auf, in der der
zumindest eine Licht emittierende Halbleiterchip nach der Montage des optischen Elements auf dem Träger mit dem
optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet ist.
Weiterhin kann der Träger auch eine Gehäuse aufweisen oder als Gehäuse ausgebildet sein, das eine Vertiefung, also eine Kavität, aufweist, in der der zumindest eine Licht
emittierende Halbleiterchip angeordnet ist. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial aufweisen, in dem elektrische Kontaktelemente beispielsweise in Form von
Leiterrahmenstücken eingebettet sind. Die Vertiefung im
Gehäuse kann den zumindest einen Licht emittierenden
Halbleiterchip bedeckend mit einem transparenten
Vergussmaterial gefüllt sein, so dass das Gehäuse mit dem Verguss eine ebene Oberfläche bildet, auf der das optische Element angeordnet und beispielsweise aufgeklebt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Licht
emittierende Halbleiterchip ausgebildet, im Betrieb Licht mit einer Wellenlänge vom ultravioletten bis infraroten
Wellenlängenbereich und besonders bevorzugt in einem
sichtbaren Wellenlängenbereich abzustrahlen. Dazu kann der Licht emittierende Halbleiterchip beispielsweise auf einem Arsenid-, einem Phosphid- oder einem Nitrid-Verbindungs- Halbleitermaterial basieren und als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich,
beispielsweise einem pn-Übergang oder einer
Quantentopfstruktur, ausgebildet sein. Ausgestaltungen von Licht emittierenden Halbleiterchips sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht weiter ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Licht emittierende Halbleiterchip auf einem ebenen Träger in der oben beschriebenen zumindest einen Vertiefung einer
Streuschicht angeordnet. Insbesondere kann dazu die
Streuschicht direkt auf dem Träger neben dem Licht
emittierenden Halbleiterchip angeordnet sein. Damit kann der Licht emittierende Halbleiterchip derart von der Streuschicht des optischen Elements umgeben sein, dass möglichst alles Licht, das vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlt wird, auf die Streuschicht und/oder in Richtung der
Wellenlängenkonversionsschicht abgestrahlt wird. Durch die in der Streuschicht enthaltenen Streupartikel kann so eine
Homogenisierung der vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlten Lichtleistung erreicht werden. Weiterhin kann ein direktes Austreten von unkonvertiertem, vom Licht
emittierenden Halbleiterchip direkt abgestrahltem Licht aus dem optoelektronischen Bauelement vermieden werden. Ein solcher Effekt ist bei bekannten Leuchtdioden mit
Wellenlängenkonversionsschicht bekannt, bei dem die
Wellenlängenkonversionsschicht direkt auf dem
Leuchtdiodenchip aufgebracht ist. Oft handelt es sich bei solchen bekannten Leuchtdioden um blaues Licht emittierende Leuchtdiodenchips mit einer Wellenlängenkonversionsschicht, die zumindest einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht konvertieren. Dadurch dass bei solchen bekannten
Leuchtdiodenchips das blaue Licht an Seitenrändern direkt aus dem Chip unkonvertiert austreten kann, weißt das von solchen bekannten Leuchtdiodenchips abgestrahlte Licht oft einen blauen Rand oder Außenbereich auf, was auch als so genanntes „blue piping" oder „blue ring" bekannt ist. Dieser Effekt kann durch das hier beschriebene optische Element beim hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement mit Vorteil vermieden werden.
Durch die Streuschicht kann in der beschriebenen Weise das von dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlte Licht mit Vorteil homogenisiert werden, so dass durch die Wellenlängenkonversionsschicht gezielt der Anteil des vom Licht emittierenden Halbleiterchips abgestrahlten Lichts eingestellt werden kann, der konvertiert werden soll. Dadurch ist es beim hier beschriebenen Verfahren zur
Herstellung des optischen Elements auf einfache Weise möglich, bereits bei der Herstellung des optischen Elements die gewünschte Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements einzustellen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf einem ebenen
Träger eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet. Weiterhin weist das optische Element in diesem Fall eine Mehrzahl von Vertiefungen in der Streuschicht auf, so dass die Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterchips in der Mehrzahl der Vertiefungen angeordnet werden kann.
Dadurch kann das optoelektronische Bauelement beispielsweise als Lichtkachel ausgeführt sein, das beispielsweise in einer matrixartigen Anordnung die Licht emittierenden
Halbleiterchips aufweist. Über die Fläche des ebenen Trägers verteilt strahlen die Licht emittierenden Halbleiterchips damit punktuell und somit in inhomogener Weise Licht ab, das durch die Streuschicht des optischen Elements homogenisiert werden kann. Das aus der Wellenlängenkonversionsschicht des optischen Elements oder gegebenenfalls aus der
Lichtauskoppelschicht des optischen Elements austretende konvertierte und gegebenenfalls auch noch teilweise
unkonvertierte Licht weist hingegen aufgrund der
Homogenisierung durch die Streuschicht eine gleichmäßige und homogene Intensitätsverteilung auf. Dadurch kann eine gleichmäßig leuchtende Lichtkachel erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in einem Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements das optische Element auf die oben beschriebene Weise hergestellt und mit einem ebenen Träger mit zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip derart zusammengefügt, dass der zumindest eine Licht emittierende Halbleiterchip in der zumindest einen Vertiefung des optischen Elements angeordnet ist. Beispielsweise kann dazu das optische Element auf die oben beschriebene Weise vor dem Zusammenfügen mit dem Träger hergestellt werden und bereits fertig gestellt sein. Das optische Element kann dann anschließend auf den Träger mit dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip aufgebracht werden und mit dem Träger beispielsweise durch Kleben verbunden werden.
Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass beim
Herstellen der Streuschicht des optischen Elements der ebene Träger mit dem zumindest einen Licht emittierenden
Halbleiterchip einen Teil einer Pressform eines
Formpresswerkzeugs der Formpress-Vorrichtung zur Herstellung der Streuschicht bildet. Dadurch kann es möglich sein, dass die Streuschicht an dem Träger mit dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip angeformt wird. Dadurch weist die Streuschicht nach der Anformung an den Träger mit dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip zumindest eine Vertiefung auf, in der der Licht emittierende Halbleiterchip angeordnet ist und die in ihrer Form an den zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip angepasst ist. Die Streuschicht kann dabei als erste Schicht des optischen Elements im ersten Formschritt an den Träger angeformt werden, während die Wellenlängenkonversionsschicht in einem daran anschließenden zweiten Formschritt an die Streuschicht angeformt wird. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass zuerst in der Formpress-Vorrichtung die Wellenlängenkonversionsschicht in einem ersten Formschritt hergestellt wird und für einen zweiten Formschritt zur
Herstellung der Streuschicht einen Teil der Pressform der Formpress-Vorrichtung bildet. Einen anderen Teil der
Pressform der Formpress-Vorrichtung bildet dann der Träger mit dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip, zwischen denen dann die Streuschicht ausgeformt wird und an die die Streuschicht jeweils angeformt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein ebener Träger eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips auf. Der Träger mit dem zumindest einen Licht emittierenden
Halbleiterchip, der mit dem optischen Element zusammengefügt ist, kann in einem weiteren Verfahrensschritt nach dem
Zusammenfügen in einzelne optoelektronische Bauelemente mit jeweils zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip vereinzelt werden. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch ein Verfahren wie etwa Sägen, Ritzen, Brechen, Stanzen und/oder Lasertrennen oder eine Kombination daraus erfolgen. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass wie weiter oben beschrieben das optische Element vor dem Zusammenfügen mit dem Träger vereinzelt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein als Gehäuse ausgebildeter Träger eine Mehrzahl vom Licht emittierenden Halbleiterchips auf, auf denen ein gemeinsames optisches Element angeordnet ist. Weiterhin kann der Träger
beispielsweise eine Mehrzahl von Gehäusen aufweisen, die gemeinsam auf einer Platine angeordnet sind und auf denen ein gemeinsames optisches Element angeordnet ist.
Durch die hier beschriebenen Verfahren ist eine direkte
Verarbeitung der hergestellten einen oder mehreren Schichten des optischen Elements in einer Matrixform möglich. Das optische Element kann mit einer oder einer Mehrzahl von
Schichten mit verschiedenen optischen Funktionalitäten in derselben Formpress-Vorrichtung durch aufeinander folgenden Formpressverfahrensschritte hergestellt werden. Weiterhin kann eine große Anzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips in einem Prozessschritt beispielsweise mit einem oder einer Mehrzahl von optischen Elementen kombiniert werden. Dadurch ist beispielsweise die Herstellung einer Lichtkachel möglich. Alternativ dazu kann durch eine
Vereinzelung eine Trennung in einzelne optoelektronische Bauelemente möglich sein, wobei die Vereinzelung direkt auf einer Trägerfolie erfolgen kann. Weiterhin ist auch eine Simultanbestückung einer Mehrzahl von Trägern, insbesondere von Gehäusen, mit einer Mehrzahl von optischen Elementen möglich, wobei kein bauteilfeiner Bestückungsprozess nötig ist, was zu einer Kosteneinsparung führen kann.
Durch die hier beschriebenen Verfahren ist beispielsweise auch ein Bestücken von Trägern, insbesondere von Gehäusen, mit Licht emittierenden Halbleiterchips möglich, auf die ein optisches Element beispielsweise in Form einer Linse der eines Linsen-Arrays nicht direkt durch ein so genanntes „Overmolding" aufgeformt werden kann. Weiterhin kann eine aufwändige Einzelbestückung, die mit hohen Prozesskosten verbunden ist, vermieden werden. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
Figuren 1A bis 1D schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten zur Herstellung eines optischen
Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A und 2B schematische Darstellungen für
optoelektronische Bauelemente gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren 3A bis 3D schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 4A bis 4C schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 5A und 5B schematische Darstellungen eines optischen
Elements und eines optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
Figuren 6A und 6B schematische Darstellungen für optische
Elemente gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
Figuren 7A bis 7C schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 8A und 8B schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel und Figuren 9A bis 9D schematische Darstellungen von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen . In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. In den Figuren 1A bis 1D ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt .
In einem ersten Verfahrensschritt gemäß Figur 1A wird eine Formpress-Vorrichtung 80 bereitgestellt, die ein unteres Formpresswerkzeug 81 und ein oberes Formpresswerkzeug 82 aufweist. Im unteren Formpresswerkzeug 81 ist eine Formmasse 91 mit einem in einem Formpressverfahren verarbeitbaren
Kunststoff, insbesondere im gezeigten Ausführungsbeispiel Silikon, angeordnet. Zur späteren leichteren Entformung ist weiterhin eine Entformfolie 85 auf dem unteren
Formpresswerkzeug 81 vorhanden.
Das obere Formpresswerkzeug 82 weist einen Trägerrahmen 83 auf, der eine Trägerfolie 84 hält. Das mittels des hier gezeigten Verfahrens hergestellte optische Element 100 ist nach der Herstellung auf der Trägerfolie 84 angeordnet und kann dadurch leicht weiter verarbeitet werden. Insbesondere kann die Trägerfolie 84 Polytetrafluorethylen (PTFE)
aufweisen oder daraus sein. Die Ausbildung der Formpress- Vorrichtung 80 ist rein beispielhaft zu verstehen und kann weitere oder alternative Merkmale aufweisen, wobei der Aufbau und die Funktionsweise von Formpress-Vorrichtungen dem
Fachmann bekannt sind und daher hier nicht weiter ausgeführt werden .
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 1B wird eine Linsenschicht 7 aus der Formmasse 91 durch Formpressen, also Zusammenfügen und Zusammenpressen des unteren und des oberen Formpresswerkzeugs 81, 82, hergestellt. Das Formpressen kann bei gleichzeitiger Wärmezufuhr durchgeführt werden. Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 1B
Oberflächenstrukturen der Linsenschicht 7 nicht gezeigt.
Aufgrund der Entformfolie 85 im unteren Formpresswerkzeug 81 kann die fertig gestellte Linsenschicht 7 leicht vom unteren Formpresswerkzeug entformt werden und bleibt weiter auf der Trägerfolie 84 angeordnet.
Weiterhin kann das durch die Linsenschicht 7 gebildete optische Element 100 verglast werden. Das Verglasen kann beispielsweise mittels eines Sauerstoffplasmas (02-Plasma) erfolgen.
In Figur IC ist in einem Ausschnitt das als Linsenschicht 7 fertig gestellte optische Element 100 auf der Trägerfolie 84 gezeigt. Die Linsenschicht 7 ist als Matrix einer Mehrzahl von Linsen in einem Verbund, also als so genanntes Linsen- Array, ausgebildet. Soll die Linsenschicht 7 in kleiner Einheiten oder Einzellinsen aufgeteilt werden, erfolgt dies in einem weiteren Verfahrensschritt in Form eines Vereinzelungsprozesses entlang von Trennlinien 99, wie in Figur 1D angedeutet ist. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Sägen, Ritzen, Brechen, Stanzen und/oder Lasertrennen oder eine Kombination daraus erfolgen und kann auf der in diesem Fall als Trennfolie fungierenden Trägerfolie 84 durchgeführt werden.
In Figur 2A ist ein Ausführungsbeispiel für ein
optoelektronisches Bauelement 200 gezeigt, das ein optisches Element 100 in Form einer Linsenschicht 7 gemäß dem
vorherigen Ausführungsbeispiel aufweist.
Das optische Element 100 ist auf einem Träger 4 angeordnet, auf dem im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 5 angeordnet ist.
Alternativ zur gezeigten Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 5 können auch nur ein Licht emittierender Halbleiterchip 5 oder eine andere Anzahl von Licht
emittierenden Halbleiterchips 5 vorhanden sein.
Der Träger 4 ist als Gehäuse 9 mit einem Kunststoffmaterial ausgebildet, in das beispielsweise ein Leiterrahmen (nicht gezeigt) eingebettet sein kann, um die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 zu montieren und elektrisch anzuschließen. Beispielsweise kann der elektrische Anschluss über ein
Auflöten und/oder einen oder mehrere Bonddrähte erfolgen. Die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 sind in einer
Vertiefung, also einer Kavität, des Gehäuses 9 angeordnet. Die Vertiefung kann beispielsweise wie im gezeigten
Ausführungsbeispiel mit einem transparenten, die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 bedeckenden Vergussmaterial 10, beispielsweise Silikon, gefüllt sein, so dass das Gehäuse 9 mit dem Verguss 10 eine ebene Oberfläche bildet, auf der das optische Element 100 angeordnet ist. Beispielsweise kann das optische Element 100 aufgeklebt sein.
Die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 können gleich oder verschieden ausgeführt sein und eines der oben im allgemeinen Teil genannten Verbindungshalbleitermaterialien aufweisen. Beispielsweise können die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein Nitrid- oder Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen und können dazu vorgesehen sein, im Betrieb farbiges Licht abzustrahlen, insbesondere blaues, grünes, gelbes oder rotes Licht.
In Figur 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement 201 gezeigt, das im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel einen Träger 4 aufweist, der durch eine Platine 12 und eine Mehrzahl darauf
aufgebrachter und elektrisch angeschlossener Gehäuse 9 gebildet wird, die jeweils einen Licht emittierenden
Halbleiterchip 5 aufweisen. Das optische Element 100 bildet ein gemeinsames optisches Element für die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 und ist auf den Gehäusen 9 angeordnet.
In den Figuren 3A bis 3D ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements 101 gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel gezeigt.
Im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen weist das optische Element 101 eine Wellenlängenkonversionsschicht 1 und eine Streuschicht 2 auf. Die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 wird in einem ersten
Formschritt gemäß Figur 3A hergestellt, wie er in
Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben ist, wobei die erste Formmasse 91 neben einem Kunststoff wie
beispielsweise Silikon einen Wellenlängenkonversionsstoff gemäß einer im allgemeinen Teil beschriebenen Ausführungsform aufweist. Die Wellenlängenkonversionsschicht 1 bildet dadurch nach dem ersten Formschritt eine erste Schicht des optischen Elements 101, die auf der Trägerfolie 84 angeordnet ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 3B wird das untere Formpresswerkzeug 81 hinsichtlich seiner Form
ausgewechselt und es wird eine weitere Formmasse 92 darin angeordnet. Die Formmasse 92 enthält ebenfalls ein durch ein Formpressverfahren verformbaren Kunststoff, im gezeigten Ausführungsbeispiel Silikon oder ein Silikon-Epoxid- Hybridmaterial , der Streupartikel, also Diffusor- und/oder Reflektorpartikel gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil, enthält. Weiterhin ist im unteren Formpresswerkzeug 81 wiederum eine Entformfolie 85 angeordnet.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 3C werden das untere Formpresswerkzeug 81 und das obere Formpresswerkzeug 82 wiederum zusammengefügt, wobei nun die
Wellenlängenkonversionsschicht 1, die bereits als erste
Schicht des optischen Elements 101 hergestellt wurde, einen Teil der Pressform des oberen Formpresswerkzeugs 82 der
Formpress-Vorrichtung 80 bildet. Die zweite Formmasse 92 wird zur Streuschicht 2 als zweite Schicht des optischen Elements 100 ausgeformt, wobei diese mittels des gezeigten
Formpressverfahrensschritts an die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 angeformt wird.
Durch im unteren Formpresswerkzeug 81 vorhandene Erhebungen werden Vertiefungen 21 in der Streuschicht 2 ausgebildet, wie in Figur 3D gezeigt ist. Nach dem Entfernen des unteren und des oberen Formwerkzeugs 81, 82 ist das optische Element 101 auf der Trennfolie 84 und dem Trägerrahmen 83 angeordnet und weist eine Mehrzahl von Vertiefungen 21 in der Streuschicht 2 auf .
Zur Herstellung des optischen Elements 101 sind somit
lediglich zwei Formpressverfahrensschritte in derselben
Formpress-Vorrichtung 80 nötig. Das optische Element 101 kann, wie weiter unten beschrieben ist, direkt auf einem Träger mit einer Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips angeordnet werden. Alternativ dazu kann das optische Element 101 auch, wie in Verbindung mit Figur 1D beschrieben ist, in einzelne optische Elemente durch Trennen vereinzelt werden, die beispielsweise jeweils eine oder mehrere Vertiefungen 21 aufweisen. Insbesondere weist das optische Element 101 die Vertiefungen 21 in einer matrixartigen Anordnung auf, wodurch eine große Anzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips mit dem optischen Element 101 oder gegebenenfalls entsprechend vereinzelten Teilen des optischen Elements 101 beschichtet werden können.
In den Figuren 4A bis 4C sind Verfahrensschritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer
Wellenlängenkonversionsschicht 1 für ein optisches Element gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt.
In einem ersten Verfahrensschritt gemäß Figur 4A werden wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ein unteres
Formpresswerkzeug 81 und ein oberes Formpresswerkzeug 82 als Formpress-Vorrichtung 80 bereitgestellt. Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist das obere
Formpresswerkzeug 82 ein Formsubstrat 821 auf, beispielsweise in Form einer Teflonplatte, die eine Negativstruktur 86 in Form von linsenförmigen Kavitäten aufweist.
Wie in Figur 4B gezeigt ist, kann dadurch eine
Wellenlängenkonversionsschicht 1 hergestellt werden, die eine dreidimensionale Oberflächenstruktur 11 in Form von
linsenartigen Erhebungen aufweist. Das Formsubstrat 821 mit der Wellenlängenkonversionsschicht 1 mit der
Oberflächenstruktur 11 kann aus der Formpress-Vorrichtung 80 entnommen beziehungsweise wie im vorherigen
Ausführungsbeispiel als Teil der Pressform zur Herstellung einer Streuschicht weiter verwendet werden. Die Streuschicht kann insbesondere im vorherigen Ausführungsbeispiel an die Wellenlängenkonversionsschicht 1 angeformt werden.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 5A bis 6B sind weitere mehrschichtige optische Elemente, die analog zu den Verfahren der vorab beschriebenen Ausführungsbeispiele hergestellt werden können, gezeigt.
In Figur 5A ist ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Element 102 auf einer Trägerfolie 84 gezeigt, bei dem an eine Linsenschicht 7 als erste Schicht, die durch eine klar durchscheinende Silikonschicht gebildet wird und die
beispielsweise mittels des Verfahrens des
Ausführungsbeispiels der Figuren 1A bis 1D hergestellt wird, in einem weiteren Formpressverfahrensschritt eine
Wellenlängenkonversionsschicht 1 als zweite Schicht angeformt wird .
In Figur 5B ist ein Ausführungsbeispiel für ein
optoelektronisches Bauelement 203 gezeigt, das, wie in
Verbindung mit der Figur 2A beschrieben ist, einen als Gehäuse 9 ausgebildeten Träger 4 mit einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 5 in einer Vertiefung aufweist, wobei auf dem Träger 4 ein optisches Element 102 gemäß Figur 5A aufgebracht ist.
Die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 können gleich oder verschieden ausgeführt sein und eines der oben im allgemeinen Teil genannten Verbindungshalbleitermaterialien aufweisen. Beispielsweise können die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial aufweisen und können dazu vorgesehen sein, im Betrieb blaues Licht abzustrahlen.
Die Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann einen
Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der einen Teil des von den Licht emittierenden Halbleiterchips 5 abgestrahlten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge, beispielsweise gelbes und/oder grünes und rotes Licht umwandelt. Dadurch kann es möglich sein, dass durch das optische Element 102 durch eine Überlagerung des konvertierten Lichts mit
unkonvertiertem Licht weißes Licht abgestrahlt werden kann. Alternativ dazu sind auch andere Kombinationen von Licht emittierenden Halbleiterchips und
Wellenlängenkonversionsstoffen möglich .
In Figur 6A ist ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Element 103 auf einer Trägerfolie 84 gezeigt, bei dem eine Linsenschicht 7 als zweite Schicht an eine
Wellenlängenkonversionsschicht 1 als erste Schicht angeformt ist.
In Figur 6B ist ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Element 104 auf einer Trägerschicht 84 gezeigt, bei dem an eine Linsenschicht 7 als erste Schicht eine zweite Schicht 8 aus einem transparenten Material angeordnet ist und die
Linsenschicht 7 und die zweite Schicht 8 unterschiedliche Brechungsindices aufweisen. Insbesondere kann die
Linsenschicht beispielsweise ein so genanntes Silikon
aufweisen, das, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist, einen größeren Brechungsindex als ein Silikon der zweiten Schicht 8 aufweist. Die der Linsenschicht 7 abgewandte Seite der zweiten Schicht 8 ist eben ausgebildet, so dass das optische Element 104 als so genannte flache Linse, ebene
Linse oder Gradientenindexlinse ausgeführt ist, bei der eine Lichtbrechung durch den Brechungsindexsprung an der
Grenzfläche zwischen der Linsenschicht 7 und der zweiten Schicht 8 bewirkt wird.
Sollen die in den Figuren IC, 5A, 6A und 6B gezeigten
optischen Elemente auf einem Träger 4 angeordnet werden, der anstelle eines Gehäuses 9 als ebener Träger ausgebildet ist, wie in Zusammenhang mit den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben ist, können entsprechend der folgenden
Beschreibung sowie der Beschreibung des Verfahrens der
Figuren 3A bis 3D Vertiefungen 21 in den optischen Elementen zur Anordnung von Licht emittierenden Halbleiterchips 5 vorgesehen werden, die mittels des Formpressens ausgebildet werden. Weiterhin können die in den Figuren IC, 5A, 6A und 6B gezeigten optischen Elemente zusätzlich oder alternativ zu den gezeigten Schichten auch eine Streuschicht aufweisen.
In den Figuren 7A bis 7C ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 204 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. In Figur 7A sind schematisch die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 und die Streuschicht 2 mit den Vertiefungen 21 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3A bis 3D gezeigt. Weiterhin ist eine Lichtauskoppelschicht 3 aus einem transparenten, durch ein Formpressverfahren
verarbeitbaren Kunststoff wie etwa Silikon vorgesehen, die eine Oberflächenstruktur 11 in Form von linsenförmigen
Erhebungen aufweist. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise auch prismenförmige Erhebungen vorgesehen sein. Im Gegensatz zu einer Linsenschicht 7, wie sie in
Verbindung mit den Figuren 1A bis 1D, 2A, 2B und 5A bis 6B beschrieben ist, sind die linsenförmigen Ergebungen der
Lichtauskoppelschicht 3 nicht zur Lichtstrahlformung eines von einem Licht emittierenden Halbleiterchip 5 abgestrahlten Lichts ausgebildet, sondern sind zur Verbesserung der
Abstrahlhomogenität durch eine Randomisierung der aus der Lichtauskoppelschicht 3 ausgekoppelten Lichtwege vorgesehen.
Die in Figur 7A in einer Explosionsdarstellung gezeigten Schichten 1, 2 und 3 werden wie in den Figuren 3A bis 3D gezeigt durch aufeinanderfolgende Formpressverfahren
hergestellt und aneinander angeformt. Die
Lichtauskoppelschicht 3 kann beispielsweise wie in den
Figuren 4A bis 4C für die Wellenlängenkonversionsschicht 1 gezeigt ausgebildet werden. Insbesondere werden
beispielsweise die Wellenlängenkonversionsschicht 1 und die Streuschicht 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3A bis 3D hergestellt und aneinander angeformt. In einem
weiteren Verfahrensschritt kann die Lichtauskoppelschicht 3 durch Bereitstellen einer weiteren, transparenten Formmasse in demselben Formwerkzeug wie die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 und die Streuschicht 2 hergestellt werden, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht 1 und die Streuschicht 2 einen Teil der Pressform des
Formwerkzeugs bilden. Dadurch kann die Lichtauskoppelschicht 3 auf der der Streuschicht 2 abgewandten Seite der
Wellenlängenkonversionsschicht 1 ausgebildet und an die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 angeformt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß der Figur 7B wird das derartig hergestellte optische Element 105 auf einem Träger 4 mit einer Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips 5 angeordnet und mit diesem zusammengefügt. Der Träger 4 ist als ebener Träger ausgebildet und kann beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Keramikträger sein, auf dem Leiterbahnen und/oder elektrische
Durchkontaktierungen vorhanden sind. Mittels dieser sind die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 auf dem Träger 4 montiert und elektrisch angeschlossen.
Die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 können gleich oder verschieden ausgeführt sein und eines der oben im allgemeinen Teil genannten Verbindungshalbleitermaterialien aufweisen.
Beispielsweise können die Licht emittierenden Halbleiterchips im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial aufweisen und können dazu vorgesehen sein, im Betrieb blaues Licht abzustrahlen. Die Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann einen
Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der einen Teil des von den Licht emittierenden Halbleiterchips 5 abgestrahlten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge, beispielsweise gelbes und/oder grünes und rotes Licht umwandelt. Dadurch kann es möglich sein, dass durch das optische Element 105 durch eine Überlagerung des konvertierten Lichts mit
unkonvertiertem Licht weißes Licht abgestrahlt werden kann. Anstelle der hier im gezeigten Ausführungsbeispiel sowie auch in den folgenden Ausführungsbeispielen jeweils dargestellten einzelnen Halbleiterchips 5 können jeweils auch zwei oder mehr Halbleiterchips als Leuchteinheiten angeordnet sein, die beispielsweise verschiedenfarbiges Licht abstrahlen, etwa rotes und blaues Licht. Der Wellenlängenkonversionsstoff der Wellenlängenkonversionsschicht 1 kann dann bevorzugt einen Teil beispielsweise des blauen Lichts in gelbes Licht
umwandeln. Alternativ dazu sind auch andere Kombinationen von Licht emittierenden Halbleiterchips und
Wellenlängenkonversionsstoffen möglich.
Das Zusammenfügen des Trägers 4 mit dem optischen Element 105 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Aufkleben. Dadurch wird, wie in Figur 7C gezeigt ist, das
optoelektronische Bauelement 204 hergestellt, bei dem die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 jeweils in einer
Vertiefung 21 der Streuschicht 2 des optischen Elements 105 angeordnet sind. Licht, das von den Licht emittierenden
Halbleiterchips 5 abgestrahlt wird, wird an der Streuschicht 2 gestreut und in Richtung der Wellenlängenkonversionsschicht 1 homogenisiert. Dadurch kann eine gleichmäßige und homogene Strahlungsdichte in der Wellenlängenkonversionsschicht 1 erreicht werden, wodurch beispielsweise lokale
Strahlenschädigungen durch zu hohe Strahlungsdichten in der Wellenlängenkonversionsschicht 1 vermieden werden können.
Weiterhin kann eine gleichmäßige Konversion des von den Licht emittierenden Halbleiterchips 5 abgestrahlten Lichts erreicht werden . In der Wellenlängenkonversionsschicht 1 konvertiertes Licht, das in Richtung des Trägers 4 abgestrahlt wird, und das möglicherweise vom Träger 4 absorbiert werden könnte, wird durch die Streuschicht 2 gestreut und/oder reflektiert, und kann dadurch in Richtung der Lichtauskoppelschicht 3 gelenkt werden. Dadurch kann ein Lichtverlust durch Rückstreuung zum Träger 4 vermieden werden. Weiterhin kann dadurch eine zusätzliche Homogenisierung der Lichtverteilung in der
Wellenlängenkonversionsschicht 1 und insbesondere auch in der Lichtauskoppelschicht 3 erreicht werden.
Durch die Oberflächenstruktur 11 der Lichtauskoppelschicht 3 kann die Abstrahlung des konvertierten und des
unkonvertierten Lichts zusätzlich hinsichtlich der
gewünschten Abstrahlcharakteristik modifiziert und
beispielsweise weiter homogenisiert werden.
Das optoelektronische Bauelement 204 im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist als Lichtkachel ausgeführt, die beispielsweise weißes Licht mit einer homogenen Leuchtfläche abstrahlen kann.
In Verbindung mit den Figuren 8A und 8B sind weitere
Verfahrensschritte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, mittels derer der Träger 4 mit der Mehrzahl vom Licht emittierenden Halbleiterchips 5 und dem optischen
Element 105 des vorherigen Ausführungsbeispiels in einzelne optoelektronische Bauelement 205 weiterverarbeitet werden kann.
Dazu wird, wie in Figur 8A gezeigt ist, der Träger 4 mit dem darauf angeordneten optischen Element 105 entlang von
Trennlinien 99 vereinzelt. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Sägen, Ritzen, Brechen, Stanzen, Lasertrennen oder eine Kombination daraus erfolgen. Wie in Figur 8B gezeigt ist, können dadurch einzelne optoelektronische Bauelemente 205 hergestellt werden, die beispielsweise jeweils einen Licht emittierenden Halbleiterchip 5 in einer Vertiefung 21 eines durch das Vereinzeln gebildeten optischen Elements 106 aufweisen . Durch das Zusammenfügen des Trägers 4 mit einer Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 5 mit dem optischen
Element mit einer entsprechenden Vielzahl von Vertiefungen 21 und das anschließende Vereinzeln entlang der Trennlinien 99 kann eine große Anzahl von optoelektronischen Bauelementen 205 mit nur wenigen Prozessschritten möglich sein.
In Verbindung mit den Figuren 9A bis 9D sind weitere
Ausführungsbeispiele für optoelektronische Bauelemente 206 bis 209 gezeigt. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird im Vergleich zum Verfahren gemäß der Figuren 7A bis 7C der
Träger 4 mit der Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips 5 als Teil der Pressform des
Formpresswerkzeugs verwendet, mit dem die Streuschicht 2 hergestellt wird. Dadurch kann die Streuschicht 2 direkt mittels des Formpressverfahrens an den Träger 4 angeformt werden, wodurch in den Bereichen des Trägers 4, in denen ein Licht emittierender Halbleiterchip 5 angeordnet ist, jeweils eine Vertiefung 21 ausgeformt wird, die an die Form des jeweiligen Licht emittierenden Halbleiterchips 5 angepasst ist. Die weiteren Schichten der gezeigten optischen Elemente 107 bis 110 können in vorausgehenden oder nachfolgenden
Formpressverfahrensschritten hergestellt oder angeformt werden . Die optoelektronischen Bauelemente 206 bis 209 sind dabei jeweils als Lichtkacheln gezeigt. Diese können jedoch, wie in Verbindung mit den Figuren 8A und 8B beschrieben ist, auch in optoelektronische Bauelemente mit beispielsweise jeweils nur einem Licht emittierenden Halbleiterchip 5 vereinzelt werden.
Das optoelektronische Bauelement 206 gemäß Figur 9A weist ein optisches Element 107 mit einer Streuschicht 2 auf, die reflektorartige Vertiefungen aufweist. Über der Streuschicht 2 und den reflektorartigen Vertiefungen dieser ist eine
Wellenlängenkonversionsschicht 1 ausgeformt, die auf der der Streuschicht 2 abgewandten Oberseite eine Oberflächenstruktur 11 zur Erhöhung der Lichtauskopplung in Form von
linsenartigen Erhebungen aufweist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 9B ist ein
optoelektronisches Bauelement 207 gezeigt, das ein optisches Element 108 aufweist, das im Vergleich zum vorherigen
Ausführungsbeispiel eine Lichtauskoppelschicht 3 mit der Oberflächenstruktur auf der der Streuschicht 2 abgewandten Oberseite der Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufweist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9C ist ein
optoelektronisches Bauelement 208 gezeigt, das ein optisches Element 109 mit einer Streuschicht 2 und einer
Wellenlängenkonversionsschicht 1 aufweist, wobei die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 eine Struktur 11 in Form von linsenartigen Erhebungen aufweist. Jeweils eine linsenartige Erhebung ist dabei über einer reflektorartigen Vertiefung der Streuschicht 2 angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 9D ist ein
optoelektronisches Bauelement 209 mit einem optischen Element 110 gezeigt, das zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 1 und der Streuschicht 2 ein transparentes Material 6
aufweist. Das transparente Material 6 ist dabei ebenfalls mittels eines Formpressverfahrens hergestellt und weist dieselbe Form wie die Wellenlängenkonversionsschicht 1 im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 9C auf. Die
Wellenlängenkonversionsschicht 1 im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 9D ist hingegen lediglich als dünne Schicht auf dem transparenten Material 6 ausgeführt. Dadurch ist es möglich, hinsichtlich der Menge des von der
Wellenlängenkonversionsschicht 1 konvertierten Lichts die Wellenlängenkonversionsschicht 1 exakt einzustellen.
Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht 1 auf diese Weise gleichmäßig beabstandet von dem jeweiligen Licht emittierenden Halbleiterchip 5 positioniert werden, über dem sie unmittelbar angeordnet ist. Mittels der hier gezeigten Verfahren sind die Herstellung definierter Schichtdicken und -strukturen der
Wellenlängenkonversionsschicht 1, der Streuschicht 2, gegebenenfalls der Lichtauskoppelschicht 3 und der
Linsensschicht 7 möglich, so dass optoelektronische
Bauelemente hergestellt werden können, die eine gewünschte Abstrahlcharakteristik, beispielsweise eine homogene
Strahlungsdichte, hinsichtlich des abgestrahlten Lichts aufweisen . Dadurch, dass die Licht emittierenden Halbleiterchips 5 beispielsweise auf ebenen Trägern 4 von der Streuschicht 2 durch die Vertiefungen 21 umschlossen werden können, kann die direkte Abstrahlung von unkonvertiertem Licht beispielsweise in seitlichen Richtungen aus den optoelektronischen
Bauelementen heraus vermieden werden, wodurch der bekannte Effekt des „blue piping" vermieden werden kann. Die
funktionale Einheit der Schichten der optischen Elemente in Form der Streuschicht, der Wellenlängenkonversionsschicht, der Lichtauskoppelschicht und/oder der Linsenschicht können durch das hier beschriebene mehrschrittige Formpressverfahren in derselben Formpress-Vorrichtung in einfacher Weise und mit wenigen Verfahrensschritten mit einer hohen Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombinierbar.
Weiterhin können die in den Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiele weitere oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Element zur Lichtauskopplung und/oder
Konversion von Licht aus einem Licht emittierenden
Halbleiterchip (5) mit zumindest einer Schicht
ausgewählt aus einer Wellenlängenkonversionsschicht (1), einer Streuschicht (2), einer Lichtauskoppelschicht (3) und einer Linsenschicht (7), die jeweils einen in einem Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff aufweisen.
2. Optisches Element nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Schicht zumindest eine Vertiefung (21) aufweist zur Anordnung des Licht emittierenden Halbleiterchips (5) .
3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2 mit einer
Wellenlängenkonversionsschicht (1) und einer
Streuschicht (2), die aufeinander aufgebracht sind, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (1) und die Streuschicht (2) jeweils einen in einem
Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff aufweisen und die Streuschicht (2) zumindest eine Vertiefung (21) aufweist zur Anordnung des Licht emittierenden
Halbleiterchips (5) .
4. Optisches Element nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Streuschicht zumindest eine Vertiefung aufweist, die als durchgehende Öffnung durch die Streuschicht
ausgebildet ist und die von der der
Wellenlängenkonversionsschicht abgewandten Seite der Streuschicht bis zur Wellenlängenkonversionsschicht reicht .
5. Optisches Element nach Anspruch 3 oder 4, wobei auf einer der Streuschicht (2) abgewandten Seite der
Wellenlängenkonversionsschicht (1) zumindest eine
Oberflächenstruktur (11) angeordnet ist.
6. Optisches Element nach Anspruch 5, wobei die
Oberflächenstruktur (11) durch eine Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht (1) oder durch eine
Lichtauskoppelschicht (3) gebildet wird.
7. Optisches Element nach Anspruch 5 oder 6, wobei die
Oberflächenstruktur (11) linsen- und/oder prismenförmige Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist.
8. Optisches Element nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
wobei zumindest in einem Teilbereich zwischen der
Streuschicht (2) und der Wellenlängenkonversionsschicht (1) ein transparentes Material (6) angeordnet ist.
9. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer Wellenlängenkonversionsschicht (1) und einer Linsenschicht (7), die aufeinander aufgebracht sind, wobei die Wellenlängenkonversionsschicht (1) und die Streuschicht (2) jeweils einen in einem
Formpressverfahren verarbeitbaren Kunststoff aufweisen.
10. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer Linsenschicht (7), auf der eine weitere
Schicht (8) aufgebracht ist und die Linsenschicht (7) und die weitere Schicht (8) unterschiedliche
Brechungsindices aufweisen.
11. Optoelektronisches Bauelement aufweisend einen Träger
(4) mit zumindest einem Licht emittierenden
Halbleiterchip (5) und einem optischen Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11 mit einem optischen Element gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10 mit Rückbezug auf Anspruch 2, wobei der zumindest eine Licht emittierende Halbleiterchip (5) in der zumindest einen Vertiefung (21) angeordnet ist.
13. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12, wobei eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips
(5) auf dem Träger (4) angeordnet ist und jeder der Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterchips (5) jeweils in einer Vertiefung (21) einer Streuschicht (2) des optischen Elements angeordnet ist.
14. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 11, wobei der Träger zumindest ein Gehäuse (9) mit einer
Vertiefung aufweist, in der der zumindest eine Licht emittierende Halbleiterchip (5) angeordnet ist, und in der den Licht emittierenden Halbleiterchip (5) bedeckend ein Verguss (10) angeordnet ist, so dass das Gehäuse (9) und der Verguss (10) eine ebene Fläche bilden, auf der das optische Element angeordnet ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine erste Schicht ausgewählt aus einer Wellenlängenkonversionsschicht (1), einer Streuschicht (2), einer Lichtauskoppelschicht (3) und einer Linsenschicht (7) und eine zweite Schicht jeweils mittels eines Formpressverfahrens hergestellt werden, wobei
- in einem ersten Formschritt die erste Schicht hergestellt wird und
- in einem zweiten Formschritt die zweite Schicht an die
erste Schicht angeformt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die erste Schicht in einer Formpress-Vorrichtung (80) im ersten Formschritt hergestellt wird und die zweite Schicht in derselben
Formpress-Vorrichtung (80) im zweiten Formschritt hergestellt wird, wobei die erste Schicht einen Teil einer Pressform zur Herstellung der zweiten Schicht bildet .
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem eine
Wellenlängenkonversionsschicht (1), eine Streuschicht (2) und eine Lichtauskoppelschicht (3) als erste, zweite und dritte Schicht jeweils mittels eines
Formpressverfahrens hergestellt werden, wobei
- in einem ersten Formschritt die erste Schicht ausgewählt aus der Wellenlängenkonversionsschicht (1), der
Streuschicht (2) und der Lichtauskoppelschicht (3) hergestellt wird,
- in einem zweiten Formschritt die zweite Schicht an die
erste Schicht angeformt wird und
- in einem dritten Formschritt die dritte Schicht an die
erste oder zweite Schicht angeformt wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements mit einem optischen Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, das mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15 hergestellt wird, und mit einem Träger (4) mit zumindest einem Licht emittierenden
Halbleiterchip (5) , der mit dem optischen Element zusammengefügt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das optische Element nach der Herstellung auf dem Träger (4) mit dem
zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip (5) aufgebracht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der Träger (4) eine Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips (5) aufweist und der Träger (4) mit dem optischen Element nach dem Zusammenfügen in einzelne optoelektronische Bauelemente mit jeweils zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip (5) vereinzelt wird .
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