WO2016170151A2 - Lumineszenzdiodenanordnung und verfahren zur herstellung einer lumineszenzdiodenanordnung - Google Patents

Lumineszenzdiodenanordnung und verfahren zur herstellung einer lumineszenzdiodenanordnung Download PDF

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Definitions

  • a luminescence diode arrangement is specified.
  • a method for producing such a light-emitting diode array is given.
  • One problem to be solved is one
  • Luminescence diode arrangement according to independent claim 11 solved.
  • Advantageous embodiments and developments of the composite are the subject of the dependent claims 12 to 15.
  • Luminescence diode arrangement at least a first
  • Radiation exit surface of the first LED chip for the emission of radiation is set up or enabled.
  • the LED array has a hybrid polymer.
  • the hybrid polymer is in the beam path of the first
  • Luminescence diode chips arranged.
  • the hybrid polymer has organic and inorganic regions. The organic and inorganic regions are covalently linked together.
  • the hybrid polymer is thermally and / or radiation crosslinked.
  • Radiation exit surface are in direct mechanical contact.
  • Lumineszenzdiodenchip for example, in addition to the first a second, third or more than three LED chips on.
  • Luminescence diode chips for example, the first
  • Lumineszenzdiodenchip each comprising one
  • Semiconductor layer sequence The occurring in the semiconductor layer sequence semiconductor materials are not limited, provided that at least partially electroluminescence
  • Range may be based on, for example, nitride compound semiconductor materials.
  • a nitride compound semiconductor material preferably comprises or consists of Al n Ga m In n m , where 0 -S n ⁇ 1 , 0 -S m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but rather it can be, for example, one or more dopants and additional constituents
  • the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (AI, Ga, In, N), although these may be partially replaced and / or supplemented by small amounts of other substances.
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures.
  • electromagnetic radiation is generated in the active layer.
  • a wavelength of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible spectral range, in particular at wavelengths between 420 nm and 680 nm inclusive, for example between 440 nm and 480 nm inclusive.
  • Luminescence diode chips each around a light emitting diode, short LED. The luminescence diode chip is then preferred
  • Luminescence diode arrangement not only finished devices, such as finished LEDs or laser diodes are to be understood, but also substrates and / or semiconductor layers, so for example, already constitute a composite of a copper layer and a semiconductor layer, a Lumineszenzdiodenan extract and form part of a parent second Lumineszenzdiodenan ever by, for example, additionally electrical connections are available.
  • a first luminescence diode chip according to the invention or further luminescence diode chips can be a
  • Thin-film semiconductor chip in particular a
  • Thin-film light-emitting diode chip be. According to at least one embodiment, the first
  • Lumineszenzdiodenchip a first radiation exit surface.
  • the first radiation exit surface is oriented perpendicular to a growth direction of a semiconductor layer sequence of the first LED chip.
  • the semiconductor layer sequence of the first sends
  • Lumineszenzdiodenchip is coupled out.
  • a hybrid polymer is arranged in the beam path of the first luminescence diode chip.
  • the hybrid polymer has organic and inorganic regions covalently linked together.
  • hybrid polymer has strong covalent bonds between inorganic and organic regions.
  • properties of very contrasting materials such as glass or ceramic, are combined with those of organic polymers or silicones at the molecular level.
  • the hybrid polymer has compared to pure polymeric
  • hybrid polymer is also understood to mean a compound which has been prepared by crosslinking of functional organic regions with inorganic regions by means of chemical nanotechnology.
  • the hybrid polymer is an inorganic based Network (silicon, Si-O-Si backbone) plus additional
  • the inorganic regions generally have a particle size in the range from 1 to 10 nm, in particular from 2 to 6 nm, for example 5 nm.
  • the hybrid polymer thereby has both plastic and glassy or ceramic-like
  • units of metal-oxygen such as
  • Metal can be single, double or triple crosslinked and thus form a less or more networked scaffold.
  • Sol-gel process means in particular hydrolysis and condensation.
  • the organic regions in the macromolecule usually have functional reactive groups. These functional groups are in particular in close proximity to each other. The functional groups should, as far as possible, completely network with one another from different areas.
  • the organic crosslinking in particular a polymerization, for example via terminal C-C double bonds, such as vinyl or acrylate, take place or carried out by hydrosilation.
  • the hybrid polymer may also be used, for example, as
  • the hybrid polymer can then be used in particular as
  • Nanocomposite be designated, if additional nanoscale particles are incorporated as a filler, for example, to increase thermal conductivity or the refractive index of the material.
  • nanoimprint lithography and two-photon polymerization is one way to realize a complex three-dimensional shape of the hybrid polymer.
  • the hybrid polymer is especially compatible with semiconductor customary production processes.
  • the hybrid polymer can be prepared by synthesis in the sol-gel process.
  • the synthesis takes place in the sol-gel process starting from organically modified alkoxysilanes and
  • the inorganic crosslinking takes place via hydrolysis and condensation reaction of the alkoxy groups.
  • the organic network structure can be due to organic
  • the hybrid polymer is particularly highly transparent. Highly transparent here and below means that the hybrid polymer transmits more than 90% of the incident radiation, in particular more than 98% of the radiation.
  • the hybrid polymer is chemically stable, thermally stable, transparent, hard-elastic and / or light
  • the hybrid polymer can be crosslinked thermally and / or by radiation.
  • the hybrid polymer can be thermally crosslinked at temperatures of less than 270 ° C., in particular less than 150 ° C.
  • the hybrid polymer can be produced by UV radiation, that is to say a radiation having a wavelength maximum of less than 400 nm,
  • crosslinked For example, 375 nm, be crosslinked.
  • crosslinking covalent bonds are formed between the organic and inorganic regions, so that a
  • Three-dimensional network is created.
  • the hybrid polymer can either be exposed by conventional UV lithography and thus thermally and / or radiation-crosslinked.
  • the hybrid polymer may alternatively or additionally be laser direct imaging (LDI) or UV molding
  • UV molding refers in particular to a combination of a molding process and UV exposure for crosslinking the hybrid polymer.
  • various methods of processing for example molding or jetting, can be used for thermal crosslinking or structuring of the hybrid polymer.
  • the molding can take place with a structured transparent molding tool, for example a stamp, and the exposure by means of LDI, for example a laser.
  • the hybrid polymer is selected from a group known by the trade names
  • Ormorclear is used as a hybrid polymer.
  • OrmorclearlO and / or Ormorclear30 is used.
  • Ormorclear is characterized by a high transparency in the visible and near UV range.
  • Ormorclear has a high thermal and mechanical stability.
  • Ormorclear has a thermal stability up to 270 ° C.
  • the specific roughness of the orginal is ⁇ 5 nm.
  • the CTE value (20 to 100 ° C) corresponds to approximately 130 ppm-K ⁇ l.
  • Ormorclear has a refractive index of 1.55 to 1.58 in the range of 400 nm to 750 nm.
  • the Ormorclear is used as a UV-structurable hybrid polymer for use in the
  • Ormorclear can be structured and crosslinked with UV lithography and / or UV molding. Ormorclear shows no weight loss up to 270 ° C.
  • Ormorclear can be stored for up to six months and can easily be printed or applied to a surface at room temperature.
  • the hybrid polymer used is Ormorcomp.
  • Ormorcomp is a UV curable
  • Ormorcomp is UV structurable.
  • Ormorcomp can be structured by means of lithography and / or embossing methods. Ormorcomp hardens quickly and shrinks while the curing only by 5 to 7 vol .-%. Ormorcomp is thermally stable up to 270 ° C. Ormorcomp is stable for six months and solvent-free. Ormorcomp shows one
  • the hybrid polymer is formed as a layer with a uniform layer thickness. Under uniform layer thickness is a layer with
  • the layer thickness of the hybrid polymer layer may be between 20 and 200 ym, for example 100 ym.
  • the hybrid polymer is produced directly on the first radiation exit surface.
  • Radiation exit surface in direct mechanical contact with each other.
  • direct mechanical contact means that the first radiation exit surface is arranged directly on the hybrid polymer. So there are no other layers or elements, for example one
  • Radiation exit surface arranged.
  • the hybrid polymer is formed as a prefabricated film or platelets.
  • Layer thickness of the film can be between 20 and 100 ym
  • the tile can be a
  • Layer thickness between 110 and 200 ym have.
  • the prefabricated film or the plate is not generated directly on the first radiation exit surface, but manufactured separately at another location and then in a so-called "pick-and-place" process on the first
  • the hybrid polymer is formed as an optical component.
  • the hybrid polymer may take any form, for example be formed as a lens or housing.
  • the optical component is in situ directly on the first
  • the hybrid polymer is shaped as a Fresnel lens.
  • the Fresnel lens is arranged directly on the first radiation exit surface of the first LED chip.
  • Hybrid polymer a dielectric layer.
  • Lumineszenzdiodenchip can thickness differences too
  • the hybrid polymer forms in particular a spacer layer. If, for example, the adjacent luminescence diode chip has a greater thickness in cross-section and side view because of an additional converter layer, the application of the hybrid polymer to the first one may result in a greater thickness Radiation exit surface of the first LED chip this thickness or height difference can be compensated, so that the thickness of the first LED chip with the hybrid polymer of the thickness of the adjacent LED chips.
  • Luminescence diode chips corresponds. Corresponding here and in the following means that the two thickness values differ from each other by a maximum of 10%, in particular 5% or 3%. This can be produced with advantage a luminescence diode arrangement having a uniform thickness and thus can be easily processed.
  • the hybrid polymer can easily and quickly on the first
  • Adhesive layer be attached to the radiation exit surface. Due to the refractive index differences between the glass plate and the adhesive layer arise more
  • the hybrid polymer is formed as a layer with a uniform layer thickness and completely covers the first radiation exit surface.
  • completely covered herein is meant that the hybrid polymer layer covers more than 95%, in particular more than 99%, of the first radiation exit surface.
  • the hybrid polymer layer is only on the first Radiation exit surface arranged, wherein side surfaces of the first LED chip are free of the hybrid polymer. Side surfaces of the luminescence diode chip are understood to be the sides of the luminescence diode chip arranged perpendicular to the first radiation exit surface.
  • Lumineszenzdiodenan a substrate.
  • the substrate may comprise glass, quartz, plastic films, metal, metal foils, silicon wafers, or other suitable substrate material.
  • the first and a second luminescence diode chip are arranged on the substrate.
  • the second LED chip has a second one
  • Radiation exit surface is perpendicular to a
  • the second luminescence diode chip can emit radiation via this second radiation exit area.
  • the second LED chip is a
  • the luminescence conversion layer is directly in mechanical contact with the second radiation exit surface or via an adhesive layer on the second radiation exit surface
  • the luminescence conversion layer is for
  • Luminescence diode chip emitted radiation set up.
  • the luminescence conversion layer converts in particular those emitted by the second luminescence diode chip
  • the hybrid polymer layer is directly downstream.
  • the hybrid polymer layer covers the first one
  • the second luminescence diode chip has a thickness d 2 together with the luminescence conversion layer.
  • the thickness d1 and the thickness d2 each differ in a value which is at most 10% of each other
  • d 1 and d 2 each differ in a value which deviates from each other by at most 5% or 2%.
  • the thickness d1 and the thickness d2 are independently from a range of 100 to 500 ym
  • the hybrid polymer layer may have a thickness of 20 to 200 ym.
  • the thicknesses of the first and / or second LED chips may each be 80 to 250 ⁇ m.
  • Luminescence conversion layer equal to 90 ym. If this is the case, then both values dl (100 ym) and d2 (90 ym) each have a value that is at most 10% of each other
  • LED chips and / or at least one
  • Luminescence diode arrangement can be filled with a Silikonverguss.
  • the silicone casting has reflective particles, for example of titanium dioxide, aluminum oxide or zirconium oxide.
  • Radiation exit surface passes. This can be a
  • Hybrid polymer can be prevented. According to at least one embodiment, the
  • Hybrid polymer layer has a refractive index of> 1.55.
  • the refractive index of the hybrid polymer layer is greater than that of air (1.00) or quartz glass (1.46), so that better light decoupling can be produced with hybrid polymer-coated LED chips than with uncoated or glass plate-coated LED chips.
  • Lumineszenzdiodenan eight LED chips, the first, second and a third LED chip, on. These are arranged on a substrate.
  • the first LED chips the first, second and a third LED chip, on. These are arranged on a substrate.
  • Lumineszenzdiodenchip has the subordinate Hybrid polymer layer, which is completely the first
  • the hybrid polymer layer is in particular transparent to the radiation of the first luminescence diode chip from the red wavelength range, in particular from a wavelength range of greater than 600 nm, for example 630 nm to 690 nm
  • Radiation exit surface has a subordinate one
  • the luminescence conversion layer completely covers the second radiation exit surface and at least partially converts the radiation emitted by the second LED chip into radiation having a longer wavelength.
  • the second luminescence diode chip emits
  • Luminescence conversion layer converts this radiation from the blue wavelength range into radiation from the green (520-565 nm), yellow (565-575 nm), orange (575-595 nm) and / or red wavelength range.
  • Luminescence diode chip has a third
  • Luminescence diode chip has a semiconductor layer sequence, which is capable of emitting radiation.
  • the third luminescence diode chip emits
  • Luminescence diode chip has a further hybrid polymer layer.
  • the above-mentioned properties for the hybrid polymer layer also apply to the others
  • Hybrid polymer layer The further hybrid polymer layer is directly downstream of the third LED chip.
  • the further hybrid polymer layer covers the third
  • the further hybrid polymer layer is permeable for the radiation of the third LED chip.
  • the third luminescence diode chip has a thickness d3 together with the further hybrid polymer layer.
  • the thicknesses d1, d2 and d3 each differ in a value of at most 10%, in particular at most 5%,
  • a light-emitting diode array which comprises three LED chips, a luminescence conversion layer and two
  • Hybrid polymer layers having as spacer layers.
  • a light-emitting diode array can be provided which has a high coupling-out efficiency and a uniform thickness.
  • the luminescence diode arrangement can be produced easily, wherein the hybrid polymer layer or the further hybrid polymer layer can be produced directly on the respective radiation exit surfaces without additional steps. According to at least one embodiment, the
  • Lumineszenzdiodenan extract additionally have a Silikonverguss. The same applies for the
  • Silikonverguss for a light emitting diode arrangement with two for three or more LED chips.
  • the silicone casting has a thickness d4 in cross-section, with d1, d2, d3 and d4 each having a value which is at most 10%, in particular at most 7, 5, 3 or 2%, of one another different. This can be a potted
  • Luminescent diode array can be provided, which has a uniform thickness.
  • the side surfaces of the first, second and / or third LED chip are free of the hybrid polymer.
  • Silicone potting arranged an encapsulation.
  • the encapsulation may be a glass plate.
  • the encapsulation stands in direct contact with the silicone encapsulation and / or the
  • Lumineszenzdiodenchip arranged in a recess of a housing on a substrate or carrier.
  • the hybrid polymer is molded as a potting.
  • the hybrid polymer embeds the first luminescence diode chip.
  • both the first radiation exit surface and the side surfaces of the first LED chip are directly in contact with and encased by the hybrid material.
  • Lumineszenzdiodenchip be disposed in the housing and be encased by the hybrid polymer.
  • Hybrid polymer layer equal to the refractive index of
  • Luminescence Equal here and in the following means that the refractive index difference ⁇ is maximum by 0.1, in particular by a maximum of 0.05 or 0.001, for example, 0.0005 different.
  • the method for producing a luminescence diode arrangement comprises
  • Luminescence diode chips D) curing and / or crosslinking of the hybrid polymer
  • the wafer is a silicon wafer.
  • the hybrid polymer is applied to all structurally identical first luminescence diode chips.
  • the hybrid polymer may be selective, that is to say, single first
  • Luminescence diode chips are applied.
  • Process step C) by means of spin coating, dispensing or spraying.
  • the layer has identically constructed first luminescence diode chips a uniform layer thickness.
  • the hybrid polymer may be between adjacent identical first LED chips vary.
  • the hybrid polymer may be between adjacent identical first LED chips vary.
  • Luminescence diode chips may be arranged. Subsequently, in step D), the curing and / or crosslinking of the
  • Hybrid polymer by means of radiation, in particular UV or laser radiation, and / or temperature for the formation of
  • step D) is structured.
  • Structured curing and / or crosslinking can be done by using a mask.
  • masks can be applied to the surface of the hybrid polymer at the locations where the hybrid polymer layer should not form. Subsequently, the irradiation takes place. Where the masks are, takes place no crosslinking and / or hardening of the hybrid polymer. Where the masks are absent, crosslinking and / or hardening occurs. Alternatively, the irradiation can also be selective.
  • Radiation exit surfaces of the first LED chips are irradiated, so that only those located there
  • Hybrid polymer arranged LED chips is not irradiated and thus does not harden and / or cross-linked. Thus it can be easily removed by means of at least one organic solvent (step D1).
  • organic solvent any organic solvents such as propyl acetate, benzene, toluene, chloroform, or developer can be used.
  • a luminescence diode array can be produced which has a hybrid polymer coated first
  • Lumineszenzdiodenchip having its side surfaces are free of the hybrid polymer.
  • LED chips emit radiation from the blue
  • Lumineszenzkonversions Let be applied. So that can on a wafer, both a first luminescence diode chip comprising a hybrid polymer layer and a second LED chip having a
  • Lumineszenzkonversions must be generated. In particular, the generation takes place simultaneously.
  • the method also applies to the third or further LED chips, which with
  • Hybrid polymer to be coated.
  • the method also applies to further LED chips, which with a
  • a luminescence diode arrangement can be produced, which in addition to those with hybrid polymer
  • coated luminescence diode chips has at least two luminescence diode chips coated in each case with a luminescence conversion layer.
  • the method step D) can be carried out by means of a laser.
  • the structured curing and / or crosslinking takes place by means of laser direct imaging (LDI).
  • Laser Direct Imaging is a process that can be used to cure photosensitive materials, especially the hybrid polymer. Among other things, the hybrid polymer is exposed. With the LDI method, masks do not necessarily have to be used. In particular, a laser can locally select the selected first LED chips
  • first LED chips do not necessarily have to be structured and thus irradiated, and thus the hybrid polymer layer is cured there and / or be networked. This makes it possible to selectively produce first luminescence diode chips with hybrid polymer layers.
  • step C) shaped the hybrid polymer by means of a radiation-permeable stamp.
  • step D) the curing and / or crosslinking of the hybrid polymer by means of radiation, which transmits through the stamp.
  • the stamp is removed after step D).
  • the stamp is permeable to UV radiation and / or laser radiation.
  • stamp is any tool that are known in the art, and are transparent to the radiation.
  • the resulting hybrid polymer is formed as a Fesnel lens.
  • first and second LED chips can be provided in a process step on a wafer, which can be arranged arbitrarily in a housing and / or on a carrier. Subsequently, the produced Lumineszenzdiodenan extract be encapsulated and / or encapsulated with a silicone casting with reflective particles.
  • Luminescence diode arrangements an aging-stable and / or photo-structurable and / or thermally curable material can be used as a dielectric. Furthermore, the use of a time-consuming serial process for
  • Structures can be adapted to the respective radiation exit surfaces. For example, on one
  • Lumineszenzdiodenchip having an InGaAlP only those LED chips with the hybrid polymer as
  • Luminescence diode chips can then be used for other applications in which such a spacer plate is not needed. This can be identical at the same time
  • Lumineszenzdiodenchips are generated, which have subordinate hybrid polymer layers or which no
  • Figures 6 and 7 each show a method for
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements, such as layers, components, components and areas for exaggerated representability and / or for better understanding can be exaggerated.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a luminescence diode arrangement 1 according to an embodiment.
  • the Luminescence diode arrangement 1 has a first
  • the first luminescence diode chip 2 has a first radiation exit surface 3, from which the first luminescence diode chip 2
  • Lumineszenzdiodenchip 2 is a hybrid polymer 4 downstream. This is in direct contact with the first
  • Adhesive layer between the hybrid polymer 4 and the first radiation exit surface 3 necessary because the hybrid polymer 4 directly adheres to the first radiation exit surface 3.
  • the hybrid polymer 4 can be applied as a prefabricated film or foil or directly on the first
  • Radiation exit surface 3 as a layer with a
  • the hybrid polymer 4 is applied liquid and then hardened and / or crosslinked. This connects with the first radiation exit surface 3 and at the same time gets stability.
  • the hybrid polymer 4 is
  • the hybrid polymer layer 4 is transparent to those emitting from the first LED chip 2
  • the hybrid polymer 4 is arranged only on the first radiation exit surface 3.
  • Side surfaces 5 of the first LED chip are free of the hybrid polymer 4. Alternatively or additionally, the side surfaces 5 may be at least partially or completely covered by the hybrid polymer 4.
  • Figure 2 shows a schematic side view of a
  • the luminescence diode arrangement 1 has a first one
  • the hybrid polymer 4 is directly with the first Radiation exit surface 3 contacted.
  • the hybrid polymer 4 is used as a lens, in particular as a Fresnel lens,
  • the Fresnel lens can be generated by a stamp directly on the radiation exit surface.
  • a third or another luminescence diode chip 10 can also be used.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a
  • the luminescence diode arrangement 1 has a substrate 6. A first luminescence diode chip 2 and a second luminescence diode chip 7 are arranged on the substrate 6. The first luminescence diode chip 2 is followed by a hybrid polymer 4 as a layer with a uniform layer thickness.
  • the second LED chip 7 is a
  • Lumineszenzkonversionstik can thereby directly or by means of other layers, such as an adhesive layer, on the second radiation exit surface 8 of the second
  • Luminescence diode chips 7 may be arranged.
  • Luminescence conversion layer may include orthosilicates, garnets or CaAlSiNs.
  • the two LED chips 2, 7, the luminescence conversion layer 9 and the hybrid polymer 4 may be encapsulated with a Silikonverguss 13.
  • the silicone potting may include reflective particles such as titanium dioxide.
  • the Silikonverguss 13 can be
  • the first LED chip 2 and the hybrid polymer layer 4 has a thickness d1.
  • the second luminescence diode chip 7 and the luminescence conversion layer 9 have a thickness d2.
  • the thickness d1 and the thickness d2 are the same.
  • the thickness d1 and the thickness d2 differ in their value by a maximum of 10%,
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a
  • Luminescence diode arrangement 1 differs from the luminescence diode arrangement of FIG. 3 in that it has a further, a third luminescence diode chip 10 and a further hybrid polymer layer 12.
  • the first luminescence diode chip 2 emits radiation from the red wavelength range.
  • the hybrid polymer 4 is formed as a layer and directly on the first
  • Radiation exit surface 3 is arranged.
  • Luminescence diode chip 7 emits radiation from the blue wavelength range.
  • a luminescence conversion layer 9, which completely converts the radiation from the blue wavelength range into radiation from the green wavelength range, is arranged directly on the second luminescence diode chip 7.
  • the luminescence conversion layer 9 is arranged directly on the second radiation exit surface.
  • the third LED chip 10 emits radiation from the blue wavelength range. Directly the third
  • Radiation exit surface 11 is another
  • Hybrid polymer layer 12 is arranged. The others
  • Hybrid polymer layer 12 has a uniform layer thickness.
  • Hybrid polymer layer 12 are permeable to radiation and do not convert radiation of the first and third LED chips 2, 10, respectively Luminescence diode arrangement 1 is emitted mixed light, in particular white light.
  • Glass slides and gluing glass plates on the first and third radiation exit surface are omitted.
  • the thickness can be determined individually during application.
  • the thickness of the glass plates must first be selected and adapted to the corresponding surface. This is through
  • Luminescence diode chips 2, 7, 10 may be arranged.
  • Encapsulation 14 is in direct contact with the
  • Luminescence diode arrangement 1 according to Figure 4 is free of air, in particular, no air layers over the first
  • Radiation exit surface 11 is arranged.
  • Hybrid polymer layer 4 and the further hybrid polymer layer 12 act here in particular as spacer layers or spacer layers and, because of their high refractive index, they additionally increase the coupling-out efficiency of the first and third LED chips 2, 10 and thus of the
  • Figure 5 shows a schematic side view of a
  • Luminescence diode arrangement 1 according to one embodiment.
  • the luminescence diode arrangement 1 has a substrate 6. On The substrate 6 is a first luminescence diode chip 2
  • the luminescence diode chip 2 is arranged within a housing 21 in a recess 20.
  • Lumineszenzdiodenchip 2 is with the hybrid polymer. 4
  • the casting includes or consists of the
  • Hybrid polymer 4 and / or has no silicone in the usual sense.
  • further luminescence diode chips can be arranged on the substrate 6.
  • the substrate 6 can be any material that can be used for converting light into visible light.
  • FIG. 6 shows a method for producing a
  • FIG. 6A shows a first luminescence diode chip 2, which is provided.
  • a hybrid polymer 4 is applied on the first luminescence diode chip 2.
  • the application of the hybrid polymer can be carried out by means of a syringe, spin coating,
  • Hybrid polymer 4 applied. Thereby, the hybrid polymer 4 is molded.
  • the stamp 15 is a kind of negative mold, wherein the hybrid polymer 4 assumes the so-called positive form. Subsequently, the irradiation of the hybrid polymer 4 takes place in FIG. 6C. It can be, for example, UV radiation
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a method for producing a luminescence diode arrangement 1 according to an embodiment. There is provided a wafer 17 in FIG.
  • Luminescence diode chips 2 has.
  • the LED chips 2 are identical.
  • the LED chips 2 may have a different shape.
  • the wafer 17 is a silicon wafer.
  • the hybrid polymer 4 can be applied in liquid form.
  • the application of the hybrid polymer 4 can be carried out by means of spin coating, dispensing or spraying. In this case, both the side surfaces 5 of the respective first LED chip 2 and the first
  • the structuring takes place (FIG. 7C).
  • masks 18 are placed on the places that should not be covered with hybrid polymer 4.
  • Luminescence diode chips 2 are arranged. Subsequently, the exposure of the hybrid polymer 4 takes place with UV radiation 19. The hybrid polymer 4 crosslinks and / or hardens and obtains its shape. In particular, the hybrid polymer 4 forms as a layer with a uniform layer thickness.
  • Hybrid polymers 4a ( Figure 7D).
  • the uncrosslinked hybrid polymers 4a can be removed by means of at least one organic, solvent, for example propyl acetate, or a commercially available developer. As a result, the uncrosslinked and unhardened hybrid polymers 4a are removed and it
  • the individual first luminescence diode chips 2 can be isolated 21 (FIG. 7E).
  • FIG. 8 shows the arrangement of several
  • Luminescence diode chips 2 on a wafer 17 in plan view and the side view of a LED chip 2 according to one embodiment are Luminescence diode chips 2 on a wafer 17 in plan view and the side view of a LED chip 2 according to one embodiment.
  • the LED chip 2 the Luminescence diode chips 2 on a wafer 17 in plan view and the side view of a LED chip 2 according to one embodiment.
  • Lumineszenzdiodenchip be a first LED chip 2.
  • the hybrid polymer 4 can be applied over the entire surface as a layer. Subsequently, however, the hybrid polymer 4 can be crosslinked in a structured manner only locally, that is to say on individual first luminescence diode chips 2
  • uncrosslinked hybrid polymer 4a can subsequently be removed. This allows selective and local individual
  • Luminescence diode chips are produced on a wafer 17, which have a different structure. In other words, the one LED chip 2 has no
  • Luminescence diode chip has a hybrid polymer layer 4.
  • Figure 9 shows a schematic plan view and a
  • Luminescence diode chip 2 has a hybrid polymer 4, which is formed here as a Fresnel lens.
  • the Fresnel lens can be produced for example by stamping.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lumineszenzdiodenanordnung (1) aufweisend zumindest einen ersten Lumineszenzdiodenchip (2) mit einer ersten Strahlungsaustrittsfläche (3), der über die Strahlungsaustrittsfläche (3) zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, zumindest ein Hybridpolymer (4), dass im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) angeordnet ist, wobei das Hybridpolymer (4) organische und anorganische Bereiche aufweist, die kovalent miteinander verbunden sind, wobei das Hybridpolymer (4) thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt ist, wobei die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) und das Hybridpolymer (4) in direktem mechanischem Kontakt stehen.

Description

Beschreibung
Lumineszenzdiodenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung
Es wird eine Lumineszenzdiodenanordnung angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lumineszenzdiodenanordnung angegeben . Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Lumineszenzdiodenanordnung anzugeben, die besonders
energieeffizient Strahlung emittiert.
Diese Aufgabe wird durch eine Lumineszenzdiodenanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer
Lumineszenzdiodenanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verbundes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 12 bis 15.
In mindestens einer Ausführungsform weist die
Lumineszenzdiodenanordnung zumindest einen ersten
Lumineszenzdiodenchip mit einer ersten
Strahlungsaustrittsfläche auf. Über die erste
Strahlungsaustrittsfläche ist der erste Lumineszenzdiodenchip zur Emission von Strahlung eingerichtet oder befähigt. Die Lumineszenzdiodenanordnung weist ein Hybridpolymer auf. Das Hybridpolymer ist im Strahlengang des ersten
Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Das Hybridpolymer weist organische und anorganische Bereiche auf. Die organischen und anorganischen Bereiche sind kovalent miteinander verbunden. Das Hybridpolymer ist thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt. Das Hybridpolymer und die erste
Strahlungsaustrittsfläche stehen in direktem mechanischem Kontakt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Lumineszenzdiodenanordnung mehr als einen
Lumineszenzdiodenchip, beispielsweise neben dem ersten einen zweiten, dritten oder mehr als drei Lumineszenzdiodenchips auf. Der Lumineszenzdiodenchip oder die
Lumineszenzdiodenchips, beispielsweise der erste
Lumineszenzdiodenchip, umfassen jeweils eine
Halbleiterschichtenfolge. Die in der Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien sind nicht beschränkt, sofern diese zumindest teilweise Elektrolumineszenz
aufweisen. Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silicium,
Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven
Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleiter- materialien basieren. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 -S n < 1, 0 -S m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile
aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb des ersten oder anderen Lumineszenzdiodenchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Lumineszenzdiodenchip oder weiteren
Lumineszenzdiodenchips jeweils um eine Leuchtdiode, kurz LED. Der Lumineszenzdiodenchip ist dann bevorzugt dazu
eingerichtet, blaues oder weißes Licht zu emittieren. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass unter
Lumineszenzdiodenanordnung nicht nur fertige Bauelemente, wie beispielsweise fertige LEDs oder Laserdioden zu verstehen sind, sondern auch Substrate und/oder Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein Verbund einer Kupferschicht und einer Halbleiterschicht eine Lumineszenzdiodenanordnung darstellen und einen Bestandteil einer übergeordneten zweiten Lumineszenzdiodenanordnung bilden kann, indem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Der
erfindungsgemäße erste Lumineszenzdiodenchip oder weitere Lumineszenzdiodenchips können beispielsweise ein
Dünnfilmhalbleiterchip, insbesondere ein
Dünnfilmleuchtdiodenchip, sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste
Lumineszenzdiodenchip eine erste Strahlungsaustrittsfläche auf. Die erste Strahlungsaustrittsfläche ist senkrecht zu einer Wachstumsrichtung einer Halbleiterschichtenfolge des ersten Lumineszenzdiodenchips orientiert. Bevorzugt sendet die Halbleiterschichtenfolge des ersten
Lumineszenzdiodenchips Strahlung, insbesondere
elektromagnetische Strahlung aus dem violetten (< 425 nm) oder blauen Wellenlängenbereich (460 nm bis 480 nm) aus, wobei diese Strahlung über die erste
Strahlungsaustrittsfläche aus dem ersten
Lumineszenzdiodenchip ausgekoppelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips ein Hybridpolymer angeordnet. Das Hybridpolymer weist organische und anorganische Bereiche auf, die kovalent miteinander verbunden sind. Das
Hybridpolymer weist insbesondere starke kovalente Bindungen zwischen anorganischen und organischen Bereichen auf. Auf diese Weise werden die Eigenschaften sehr gegensätzlicher Materialien, wie Glas oder Keramik, mit denen organischer Polymere oder Silikone auf molekularer Ebene verbunden. Das Hybridpolymer weist im Vergleich zu reinen polymeren
Werkstoffen hervorragende optische Eigenschaften auf und besitzt durch seine chemische Struktur die Möglichkeit, dass es auf die jeweiligen Anforderungen maßgeschneidert werden kann .
Hier und im Folgenden wird unter Hybridpolymer auch eine Verbindung verstanden, die durch Vernetzung von funktionalen organischen Bereichen mit anorganischen Bereichen mittels chemischer Nanotechnologie hergestellt wurde. Insbesondere besteht das Hybridpolymer aus einem anorganisch basierenden Netzwerk (Silikon, Si-O-Si-Backbone) plus zusätzlich
organischen Bereichen oder Anteilen oder Netzwerken. Die anorganischen Bereiche weisen in der Regel eine Teilchengröße im Bereich von 1 bis 10 nm, insbesondere von 2 bis 6 nm, beispielsweise 5 nm auf. Das Hybridpolymer hat dadurch sowohl Kunststoff als auch glasartige oder keramikähnliche
Eigenschaften und lässt sich als Partikelschicht oder
kompaktes Material einsetzen. Hier und im Folgenden wird unter Hybridpolymer eine
Verbindung verstanden, welche zum einen anorganische Bereiche aufweist, die üblicherweise über einen Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Die anorganischen Bereiche sind
insbesondere Einheiten aus -Metall-Sauerstoff-, wie
beispielsweise -Si-O- oder -Ti-O- oder -Zr-O-, wobei das
Metall einfach, zweifach oder dreifach vernetzt sein kann und somit ein weniger oder stärker vernetztes Gerüst ausbilden kann. Sol-Gel-Prozess meint hier insbesondere Hydrolyse und Kondensation. Die organischen Bereiche im Makromolekül besitzen in der Regel funktionelle reaktive Gruppen. Diese funktionellen Gruppen sind insbesondere in räumlicher Nähe zueinander. Die funktionellen Gruppen sollen möglichst aus verschiedenen Bereichen vollständig miteinander vernetzen. Die organische Vernetzung, insbesondere eine Polymerisierung, kann beispielsweise über terminale C-C-Doppelbindungen, wie beispielsweise Vinyl oder Acrylat, stattfinden oder durch Hydrosilierung erfolgen.
Das Hybridpolymer kann beispielsweise auch als
Nanokompositwerkstoff oder ORMOCER® (ORganic MOdiefied
CERamics) bezeichnet werden. Das Hybridpolymer kann dann insbesondere als
Nanokompositwerkstoff bezeichnet werden, wenn zusätzlich nanoskalige Partikel als Füllstoff eingearbeitet werden, um beispielsweise thermische Leitfähigkeit oder die Brechzahl des Werkstoffs zu erhöhen.
Neben anderen Strukturierungsmöglichkeiten stellen
insbesondere die Nanoimprintlithografie und die Zwei- Photonenpolymerisation eine Möglichkeit dar, auch eine komplexe dreidimensionale Formgebung des Hybridpolymers zu realisieren. Das Hybridpolymer ist insbesondere kompatibel zu halbleiterüblichen Produktionsprozessen.
Das Hybridpolymer kann durch Synthese im Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Die Synthese erfolgt im Sol-Gel-Verfahren ausgehend von organisch modifizierten Alkoxysilanen und
Metallalkoxiden. Die anorganische Vernetzung findet über Hydrolyse und Kondensationsreaktion der Alkoxygruppen statt. Der organische Netzwerkaufbau kann durch organische
Vernetzungsreaktion der Epoxy-, Methacryl- oder Vinylgruppen erfolgen .
Das Hybridpolymer besitzt mit Vorteil eine hohe
Alterungsbeständigkeit. Das Hybridpolymer gibt keine
kurzkettigen volatilen und/oder antiadhäsiven Si-O-Anteile ab .
Das Hybridpolymer ist insbesondere hochtransparent. Unter hochtransparent ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass das Hybridpolymer mehr als 90 % der einfallenden Strahlung transmittiert , insbesondere mehr als 98 % der Strahlung durchlässt . Das Hybridpolymer ist insbesondere chemisch stabil, thermisch stabil, transparent, hartelastisch und/oder leicht
verarbeitbar bei milden Reaktionsbedingungen. Das Hybridpolymer kann thermisch und/oder durch Strahlung vernetzt werden. Insbesondere kann das Hybridpolymer bei Temperaturen kleiner 270 °C, insbesondere kleiner 150 °C, thermisch vernetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Hybridpolymer durch UV-Strahlung, also einer Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum von kleiner 400 nm,
beispielsweise 375 nm, vernetzt werden. Bei der Vernetzung werden kovalente Bindungen zwischen den organischen und anorganischen Bereichen ausgebildet, so dass ein
dreidimensionales Netzwerk entsteht.
Das Hybridpolymer kann entweder über übliche UV-Lithografie belichtet und damit thermisch und/oder strahlenvernetzt werden. Das Hybridpolymer kann alternativ oder zusätzlich mittels Laser Direct Imaging (LDI) oder UV-Molding
verarbeitet werden. UV-Molding bezeichnet hier insbesondere eine Kombination aus einem Molding-Verfahren und UV- Belichtung zur Vernetzung des Hybridpolymers. Zur thermischen Vernetzung oder Strukturierung des Hybridpolymers können je nach Viskosität des Ausgangsmaterials verschiedene Verfahren zur Verarbeitung eingesetzt werden, beispielsweise Molding oder Jetting.
Die oben genannten Verfahren können auch kombiniert werden. Beispielsweise können das Molding mit einem strukturiertem transparentem Moldwerkzeug, beispielsweise einem Stempel, und die Belichtung mittels LDI, beispielsweise eines Lasers, erfolgen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Hybridpolymer aus einer Gruppe ausgewählt, die unter den Handelsnamen
Ormorcor, Ormorclad, Ormorclear, Ormorcomp, Ormorstamp, Ormorclearl 0 , Ormorclear30 umfasst. Diese Hybridpolymere sind käuflich erwerbbar, beispielsweise bei Micro Resist
Technology GmbH.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Ormorclear als Hybridpolymer verwendet. Insbesondere wird OrmorclearlO und/oder Ormorclear30 verwendet. Ormorclear zeichnet sich durch eine hohe Transparenz im sichtbaren und nahen UV- Bereich aus. Ormorclear weist eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf. Insbesondere weist Ormorclear eine thermische Stabilität bis zu 270 °C auf. Die spezifische Rauigkeit des Ormorclears ist < 5 nm. Der CTE-Wert (20 bis 100 °C) entspricht ungefähr 130 ppm-K~l. Ormorclear weist im Bereich von 400 nm bis 750 nm einen Brechungsindex von 1,55 bis 1,58 auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Ormorclear als UV-strukturierbares Hybridpolymer zur Anwendung in der
Leuchtdiode verwendet. Ormorclear kann mit UV-Lithografie und/oder UV-Molding strukturiert und damit vernetzt werden. Ormorclear zeigt keinen Gewichtsverlust bis 270 °C.
Ormorclear ist bis zu sechs Monaten lagerbar und kann bei Raumtemperatur leicht auf eine Oberfläche aufgedruckt oder aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird als Hybridpolymer Ormorcomp verwendet. Ormorcomp ist ein UV-härtbares
Hybridpolymer. Ormorcomp ist UV-strukturierbar. Ormorcomp kann mittels Lithografie und/oder Prägemethoden strukturiert werden. Ormorcomp härtet schnell aus und schrumpft während der Härtung nur lediglich um 5 bis 7 Vol.-%. Ormorcomp ist thermisch stabil bis 270 °C. Ormorcomp ist sechs Monate haltbar und lösungsmittelfrei. Ormorcomp zeigt einen
Brechungsindex bei 635 nm von 1,518. Ormorcomp verhält sich thermisch wie ein Duromer. Ormorcomp weist einen CTE (20 bis 100 °C) von 60 ppm-K~l auf. Des Weiteren ist Ormorcomp thermostabil und zeigt einen Gewichtsverlust von kleiner als 5 % bis 270 °C bei einer Aufheizrate von 5 K/min. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke ausgeformt. Unter einheitlicher Schichtdicke ist eine Schicht mit
konstanter Dicke mit einer Toleranz von maximal 10 %,
insbesondere 2 %, von der mittleren Schichtdicke zu
verstehen. Die Schichtdicke der Hybridpolymerschicht kann zwischen 20 und 200 ym, beispielsweise 100 ym, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Hybridpolymer unmittelbar auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche erzeugt. Insbesondere stehen Hybridpolymer und erste
Strahlungsaustrittsfläche in direktem mechanischen Kontakt zueinander. Hier und im Folgenden meint direkt mechanischer Kontakt, dass die erste Strahlungsaustrittsfläche unmittelbar an dem Hybridpolymer angeordnet ist. Es sind also keine weiteren Schichten oder Elemente, beispielsweise eine
Klebeschicht, zwischen Hybridpolymer und erster
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als vorgefertigte Folie oder Plättchen ausgeformt. Die
Schichtdicke der Folie kann zwischen 20 und 100 ym,
beispielsweise 50 ym, sein. Das Plättchen kann eine
Schichtdicke zwischen 110 und 200 ym aufweisen. Die vorgefertigte Folie oder das Plättchen wird nicht direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche erzeugt, sondern separat an einem anderen Ort gefertigt und anschließend in einem sogenannten „Pick-and-Place"-Prozess auf die erste
Strahlungsaustrittfläche aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als optisches Bauteil ausgebildet. Insbesondere kann das Hybridpolymer jede beliebige Form annehmen, beispielsweise als Linse oder Gehäuse ausgeformt sein. Insbesondere wird das optische Bauteil in-Situ direkt auf der ersten
Strahlungsaustrittsfläche, beispielsweise im Molding- Verfahren, erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als Fresnellinse ausgeformt. Die Fresnellinse ist dabei direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche des ersten Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Damit sind mit Vorteil keine Haftschichten zwischen dem Hybridpolymer und der ersten Strahlungsaustrittsfläche notwendig. Dies spart Kosten,
Material und Ressourcen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet das
Hybridpolymer eine dielektrische Schicht.
Durch die Verwendung von Hybridpolymeren auf dem ersten
Lumineszenzdiodenchip können Dickenunterschiede zu
benachbarten Lumineszenzdiodenchips ausgeglichen werden. Das Hybridpolymer bildet dabei insbesondere eine Abstandsschicht. Weist beispielsweise der benachbarte Lumineszenzdiodenchip aufgrund einer zusätzlichen Konverterschicht in Querschnitt und Seitenansicht eine größere Dicke auf, so kann durch das Aufbringen des Hybridpolymers auf die erste Strahlungsaustrittsfläche des ersten Lumineszenzdiodenchips dieser Dicken- oder Höhenunterschied ausgeglichen werden, sodass die Dicke des ersten Lumineszenzdiodenchips mit dem Hybridpolymer der Dicke des benachbarten
Lumineszenzdiodenchips entspricht. Entspricht bedeutet hier und im Folgenden, dass sich die beiden Dickenwerte maximal um 10 %, insbesondere 5 % oder 3 %, voneinander unterscheiden. Damit kann mit Vorteil eine Lumineszenzdiodenanordnung erzeugt werden, die eine einheitliche Dicke aufweist und damit leicht weiterverarbeitet werden kann.
Das Hybridpolymer kann leicht und schnell auf die erste
Strahlungsaustrittfläche in jeder beliebigen Dicke
aufgebracht werden. Damit werden aufwendig hergestellte und geklebte Glasplättchen als Abstandshalter unnötig, die erst in einem separaten und aufwendigen Schritt auf die jeweilige Dicke angepasst werden müssen. Dies spart bei Verwendung des Hybridpolymers Zeit, Ressourcen und Kosten bei der seriellen Herstellung. Zudem müssen Glasplättchen mittels einer
Klebeschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche befestigt werden. Aufgrund der Brechungsindexunterschiede zwischen dem Glasplättchen und der Klebeschicht entstehen mehr
Grenzflächen, die die Auskoppeleffizienz reduziert im
Vergleich zu einer direkt auf der ersten
Strahlungsaustrittsfläche aufgebrachten Hybridpolymerschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Hybridpolymer als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke ausgeformt und bedeckt die erste Strahlungsaustrittsfläche vollständig. Mit vollständig bedeckt ist hier und im Folgenden gemeint, dass die Hybridpolymerschicht mehr als 95 %, insbesondere mehr als 99 %, der ersten Strahlungsaustrittsfläche bedeckt. Die Hybridpolymerschicht ist lediglich auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche angeordnet, wobei Seitenflächen des ersten Lumineszenzdiodenchips frei von dem Hybridpolymer sind. Mit Seitenflächen des Lumineszenzdiodenchips werden die senkrecht zur ersten Strahlungsaustrittsfläche angeordneten Seiten des Lumineszenzdiodenchips verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Lumineszenzdiodenanordnung ein Substrat auf. Das Substrat kann Glas, Quarz, Kunststofffolien, Metall, Metallfolien, Siliziumwafer oder ein anderes geeignetes Substratmaterial umfassen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auf dem Substrat der erste und ein zweiter Lumineszenzdiodenchip angeordnet. Der zweite Lumineszenzdiodenchip weist eine zweite
Strahlungsaustrittsfläche auf. Die zweite
Strahlungsaustrittsfläche ist senkrecht zu einer
Hableiterschichtenfolge des zweiten Lumineszenzdiodenchips angeordnet. Über diese zweite Strahlungsaustrittsfläche kann der zweite Lumineszenzdiodenchip Strahlung emittieren. Dem zweiten Lumineszenzdiodenchip ist eine
Lumineszenzkonversionsschicht nachgeordnet. Insbesondere ist die Lumineszenzkonversionsschicht direkt mechanisch mit der zweiten Strahlungsaustrittsfläche in Kontakt oder über eine Klebeschicht an der zweiten Strahlungsaustrittsfläche
gebunden. Die Lumineszenzkonversionsschicht ist zur
Konversion zumindest eines Teils der vom zweiten
Lumineszenzdiodenchip emittierten Strahlung eingerichtet. Die Lumineszenzkonversionsschicht konvertiert insbesondere die die von dem zweiten Lumineszenzdiodenchip emittierte
Strahlung vollständig. Es werden also 95 %, insbesondere mehr als 98 %, der von dem zweiten Lumineszenzdiodenchip
emittierten Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt. Auf dem ersten Lumineszenzdiodenchip ist die Hybridpolymerschicht direkt nachgeordnet. Insbesondere bedeckt die Hybridpolymerschicht die erste
Strahlungsaustrittsfläche vollständig. In Querschnitt und Seitenansicht auf die Lumineszenzdiodenanordnung weist der erste Lumineszenzdiodenchip zusammen mit der
Hybridpolymerschicht eine Dicke dl auf. In Querschnitt und Seitenansicht weist der zweite Lumineszenzdiodenchip zusammen mit der Lumineszenzkonversionsschicht eine Dicke d2 auf. Die Dicke dl und die Dicke d2 unterscheiden sich dabei jeweils in einem Wert, der sich höchstens 10 % voneinander
unterscheidet. Insbesondere unterscheidet sich dl und d2 jeweils in einem Wert, der höchstens 5 % oder 2 % voneinander abweicht .
Beispielsweise ist die Dicke dl und die Dicke d2 unabhängig voneinander aus einem Bereich von 100 bis 500 ym,
insbesondere 80 bis 450 ym, beispielsweise 250 ym,
ausgewählt. Die Hybridpolymerschicht kann dabei eine Dicke von 20 bis 200 ym aufweisen. Die Dicke des ersten und/oder zweiten Lumineszenzdiodenchips können jeweils 80 bis 250 ym sein. Mit anderen Worten ist die Dicke dl, das heißt die Summe aus der Dicke des ersten Lumineszenzdiodenchips und der Dicke der Hybridpolymerschicht, beispielsweise 100 ym und die Dicke d2, das heißt die Summe aus der Dicke des zweiten
Lumineszenzdiodenchips und der Dicke der
Lumineszenzkonversionsschicht gleich 90 ym. Ist das der Fall, dann weisen beide Werte dl (100 ym) und d2 (90 ym) jeweils einen Wert auf, die sich höchstens 10 % voneinander
unterscheiden.
Mit anderen Worten wird hier erfindungsgemäß eine
Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt, die mit Hybridpolymer oder Konverter beschichtete
Lumineszenzdiodenchips mit einer gleichmäßigen Dicke
aufweist . Die Zwischenräume zwischen benachbarten
Lumineszenzdiodenchips und/oder zumindest einem
Lumineszenzdiodenchip und einer Gehäusewand der
Lumineszenzdiodenanordnung kann mit einem Silikonverguss ausgefüllt werden. Insbesondere weist der Silikonverguss reflektierende Partikel, beispielsweise aus Titandioxid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid auf.
Durch die Verwendung des Hybridpolymers als Abstandsschicht kann verhindert werden, dass der Silikonverguss mit
reflektierenden Partikeln auf die erste
Strahlungsaustrittsfläche gelangt. Damit kann eine
Reduzierung der Auskopplung der Strahlung durch das
Hybridpolymer verhindert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Hybridpolymerschicht einen Brechungsindex von > 1,55 auf. Damit ist der Brechungsindex der Hybridpolymerschicht größer als der von Luft (1,00) oder Quarzglas (1,46), so dass mit Hybridpolymerbeschichteten Lumineszenzdiodenchips eine bessere Lichtauskopplung als mit unbeschichteten oder mit Glasplättchen beschichteten Lumineszenzdiodenchips erzeugt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Lumineszenzdiodenanordnung drei Lumineszenzdiodenchips, den ersten, zweiten und einen dritten Lumineszenzdiodenchip, auf. Diese sind auf einem Substrat angeordnet. Der erste
Lumineszenzdiodenchip weist nachgeordnet die Hybridpolymerschicht auf, die vollständig die erste
Strahlungsaustrittsfläche bedeckt. Die Hybridpolymerschicht ist insbesondere durchlässig für die Strahlung des ersten Lumineszenzdiodenchips aus dem roten Wellenlängenbereich, insbesondere aus einem Wellenlängenbereich von größer 600 nm, beispielsweise 630 nm bis 690 nm. Der zweite
Lumineszenzdiodenchip mit der zweiten
Strahlungsaustrittsfläche weist nachgeordnet eine
Lumineszenzkonversionsschicht auf. Die
Lumineszenzkonversionsschicht bedeckt vollständig die zweite Strahlungsaustrittsfläche und konvertiert die von dem zweiten Lumineszenzdiodenchip emittierende Strahlung zumindest teilweise in Strahlung mit einer größeren Wellenlänge.
Insbesondere emittiert der zweite Lumineszenzdiodenchip
Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich und die
Lumineszenzkonversionsschicht konvertiert diese Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich in Strahlung aus dem grünen (520 - 565 nm) , gelben (565 - 575 nm) , orangen (575 - 595 nm) und/oder roten Wellenlängenbereich. Der dritte
Lumineszenzdiodenchip weist eine dritte
Strahlungsaustrittsfläche auf. Der dritte
Lumineszenzdiodenchip weist eine Halbleiterschichtenfolge auf, die zur Emission von Strahlung befähigt ist.
Insbesondere emittiert der dritte Lumineszenzdiodenchip
Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Der dritte
Lumineszenzdiodenchip weist eine weitere Hybridpolymerschicht auf. Dabei gelten die oben genannten Eigenschaften für die Hybridpolymerschicht auch für die weitere
Hybridpolymerschicht. Die weitere Hybridpolymerschicht ist dem dritten Lumineszenzdiodenchip direkt nachgeordnet. Die weitere Hybridpolymerschicht bedeckt die dritte
Strahlungsaustrittsfläche des dritten Lumineszenzdiodenchips vollständig. Die weitere Hybridpolymerschicht ist durchlässig für die Strahlung des dritten Lumineszenzdiodenchips. Im Querschnitt und Seitenansicht der Lumineszenzdiodenanordnung weist der dritte Lumineszenzdiodenchip zusammen mit der weiteren Hybridpolymerschicht eine Dicke d3 auf. Die Dicken dl, d2 und d3 unterscheiden sich dabei jeweils in einem Wert von höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %,
beispielsweise 2 %.
Mit anderen Worten wird eine Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt, welche drei Lumineszenzdiodenchips, eine Lumineszenzkonversionsschicht und zwei
Hybridpolymerschichten, als Abstandsschichten aufweist. Damit kann eine Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt werden, die eine hohe Auskoppeleffizienz und eine gleichmäßige Dicke aufweist. Zudem ist die Lumineszenzdiodenanordnung leicht herstellbar, wobei die Hybridpolymerschicht oder die weitere Hybridpolymerschicht ohne Zusatzschritte direkt auf den jeweiligen Strahlungsaustrittsflächen erzeugt werden können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die
Lumineszenzdiodenanordnung zusätzlich einen Silikonverguss aufweisen. Dabei gilt das bereits Gesagte für den
Silikonverguss für eine Lumineszenzdiodenanordnung mit zwei auch für drei oder mehr Lumineszenzdiodenchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste, zweite, dritte Lumineszenzdiodenchip, die Hybridpolymerschicht, die weitere Hybridpolymerschicht und die
Lumineszenzkonversionsschicht in dem Silikonverguss mit reflektierenden Partikeln eingebettet. Der Silikonverguss weist im Querschnitt eine Dicke d4 auf, wobei dl, d2, d3 und d4 jeweils einen Wert aufweisen, der sich höchstens 10 %, insbesondere höchstens 7, 5, 3 oder 2 % voneinander unterscheidet. Damit kann eine vergossene
Lumineszenzdiodenanordnung bereitgestellt werden, die eine einheitliche Dicke aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Seitenflächen des ersten, zweiten und/oder dritten Lumineszenzdiodenchips frei von dem Hybridpolymer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über dem
Silikonverguss eine Verkapselung angeordnet. Die Verkapselung kann eine Glasplatte sein. Die Verkapselung steht dabei in direktem Kontakt mit dem Silikonverguss und/oder der
Hybridpolymerschicht und/oder der weiteren
Hybridpolymerschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Lumineszenzdiodenchip in einer Ausnehmung eines Gehäuses auf einem Substrat oder Träger angeordnet. Das Hybridpolymer ist als Verguss ausgeformt. Das Hybridpolymer bettet dabei den ersten Lumineszenzdiodenchip ein. Damit sind sowohl die erste Strahlungsaustrittsfläche als auch die Seitenflächen des ersten Lumineszenzdiodenchips direkt mit dem Hybridmaterial in Kontakt und von diesem ummantelt. Alternativ oder
zusätzlich kann der zweite, dritte und/oder weitere
Lumineszenzdiodenchip in dem Gehäuse angeordnet sein und von dem Hybridpolymer ummantelt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex der Hybridpolymerschicht und/oder der weiteren
Hybridpolymerschicht gleich dem Brechungsindex der
Lumineszenzkonversionsschicht. Gleich bedeutet hier und im Folgenden, dass sich der Brechungsindexunterschied Δη maximal um 0,1, insbesondere maximal um 0,05 oder 0,001, beispielsweise 0,0005 unterscheidet.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer
Lumineszenzdiodenanordnung angegeben. Das Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung stellt
vorzugsweise eine Lumineszenzdiodenanordnung her.
Dabei gelten die gleichen Definitionen und Ausführungsformen der Lumineszenzdiodenanordnung auch für das Verfahren und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung die
Verfahrensschritte :
A) Bereitstellen eines Wafers,
B) Bereitstellen von baugleichen ersten
Lumineszenzdiodenchips auf den Wafer,
C) Aufbringen des Hybridpolymers zumindest auf die erste Strahlungsaustrittsfläche eines ersten
Lumines zenzdiodenchips , D) Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers, und
E) Vereinzeln der baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Wafer ein Siliziumwafer .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in
Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer in flüssiger Form auf die erste Strahlungsaustrittsfläche eines ersten Lumineszenzdiodenchips aufgebracht. Insbesondere wird das Hybridpolymer auf alle auf dem Wafer befindlichen baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips aufgebracht. Alternativ kann das Hybridpolymer selektiv, also auf einzelne erste
Lumineszenzdiodenchips, aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der
Verfahrensschritt C) mittels Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im
Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer als Schicht auf baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips und zwischen
benachbarte baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips (2) aufgebracht. Insbesondere weist die Schicht auf baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips eine einheitliche Schichtdicke auf. Alternativ kann die Schichtdicke der einzelnen
baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips variieren. Das Hybridpolymer kann zwischen benachbarte baugleiche erste
Lumineszenzdiodenchips angeordnet sein. Anschließend erfolgt im Schritt D) das Härten und/oder Vernetzen des
Hybridpolymers mittels Strahlung, insbesondere UV- oder Laserstrahlung, und/oder Temperatur zur Bildung von
baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips mit einer
Hybridpolymerschicht .
Insbesondere ist der Schritt D) strukturiert. Das
strukturierte Härten und/oder Vernetzen kann durch Verwenden einer Maske erfolgen. Dabei können Masken auf die Oberfläche des Hybridpolymers an den Stellen aufgebracht werden, wo sich nicht die Hybridpolymerschicht bilden soll. Anschließend erfolgt die Bestrahlung. Dort wo die Masken sind, erfolgt keine Vernetzung und/oder kein Verhärten des Hybridpolymers. Wo die Masken nicht vorhanden sind, erfolgt das Vernetzen und/oder Verhärten. Alternativ kann die Bestrahlung auch selektiv erfolgen.
Insbesondere können nur die jeweiligen
Strahlungsaustrittsflächen der ersten Lumineszenzdiodenchips bestrahlt werden, so dass nur das dort befindliche
Hybridpolymer vernetzt und aushärtet. Zusätzlich können nach dem Vernetzen die ersten Lumineszenzdiodenchips mit
Temperatur behandelt werden, um eine vollständige Vernetzung zu erreichen. Das zwischen benachbarter ersten
Lumineszenzdiodenchips angeordnete Hybridpolymer wird nicht bestrahlt und härtet somit nicht und/oder vernetzt nicht. Damit kann es leicht mittels zumindest einem organischen Lösungsmittel entfernt werden kann (Schritt Dl).
Als organisches Lösungsmittel können jegliche organische Lösungsmittel, wie Propylacetat , Benzol, Toluol, Chloroform, oder Entwickler verwendet werden.
Damit kann eine Lumineszenzdiodenanordnung erzeugt werden, die einen mit Hybridpolymer beschichteten ersten
Lumineszenzdiodenchip aufweist, wobei dessen Seitenflächen frei von dem Hybridpolymer sind.
Es können auch baugleiche Lumineszenzdiodenchips auf einem Wafer erzeugt werden, die ein Hybridpolymer umfassen oder frei von dem Hybridpolymer sind. Insbesondere emittieren die Lumineszenzdiodenchips Strahlung aus dem blauen
Spektralbereich. Auf Lumineszenzdiodenchips, welche frei von dem Hybridpolymer sind, können dann jeweils eine
Lumineszenzkonversionsschicht aufgebracht werden. Damit kann auf einem Wafer sowohl ein erster Lumineszenzdiodenchip aufweisend eine Hybridpolymerschicht als auch ein zweiter Lumineszenzdiodenchip aufweisend eine
Lumineszenzkonversionsschicht erzeugt werden. Insbesondere erfolgt die Erzeugung gleichzeitig.
Alternativ oder zusätzlich gilt das Verfahren auch für die dritten oder weitere Lumineszenzdiodenchips, welche mit
Hybridpolymer beschichtet werden sollen.
Alternativ oder zusätzlich gilt das Verfahren auch für weitere Lumineszenzdiodenchips, welche mit einer
Lumineszenzkonversionsschicht beschichtet werden sollen. So kann beispielsweise auch eine Lumineszenzdiodenanordnung erzeugt werden, welche neben den mit Hybridpolymer
beschichteten Lumineszenzdiodenchips mindestens zwei mit jeweils einer Lumineszenzkonversionsschicht beschichteten Lumineszenzdiodenchips aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann der Verfahrensschritt D) mittels eines Lasers erfolgen. Insbesondere erfolgt das strukturierte Härten und/oder Vernetzen mittels Laser Direct Imaging (LDI) . Laser Direct Imaging ist ein Verfahren, mit dem mittels Laser fotosensitive Materialien, insbesondere das Hybridpolymer, ausgehärtet werden kann. Es wird unter anderem das Hybridpolymer belichtet. Beim LDI-Verfahren müssen nicht zwingend Masken benutzt werden. Insbesondere kann ein Laser lokal die ausgewählten ersten Lumineszenzdiodenchips
bestrahlen und so das Hybridpolymer lokal härten und/oder vernetzen. Benachbarte erste Lumineszenzdiodenchips müssen nicht zwingend strukturiert und damit bestrahlt werden und damit die Hybridpolymerschicht dort gehärtet und/oder vernetzt werden. Damit ist ein selektives Herstellen erster Lumineszenzdiodenchips mit Hybridpolymerschichten möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem
Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer mittels eines für Strahlung durchlässigen Stempels geformt. Anschließend erfolgt im Schritt D) die Härtung und/oder Vernetzung des Hybridpolymers mittels Strahlung, welche durch den Stempel transmittiert . Anschließend wird der Stempel nach Schritt D) entfernt. Insbesondere ist der Stempel für UV-Strahlung und/oder Laserstrahlung durchlässig.
Als Stempel eignet sich jegliches Werkzeug, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, und für die Strahlung transparent sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden mehrere
baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips gleichzeitig mit einem Stempel behandelt. Alternativ kann auch ein Stempel pro ersten Lumineszenzdiodenchip verwendet werden, wobei die Stempel simultan oder zeitlich versetzt die baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips stempeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist nach Entfernen des Stempels das resultierende Hybridpolymer als Fesnellinse ausgeformt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die
Vereinzelung im Schritt E) durch Sägen. Damit können erste und zweite Lumineszenzdiodenchips in einem Prozessschritt auf einem Wafer bereitgestellt werden, die beliebig in einem Gehäuse und/oder auf einem Träger angeordnet werden können. Anschließend kann die hergestellte Lumineszenzdiodenanordnung mit einem Silikonverguss mit reflektierenden Partikeln vergossen und/oder verkapselt werden.
Durch die Verwendung von Hybridpolymerschichten oder der weiteren Hybridpolymerschicht in der Herstellung von
Lumineszenzdiodenanordnungen kann ein alterungsstabiles und/oder fotostrukturierbares und/oder thermisch härtbares Material als Dielektrikum verwendet werden. Ferner ist der Einsatz eines zeitaufwändigen seriellen Prozesses zur
Platzierung von Glasplättchen als Abstandshalter durch die Verwendung von Hybridpolymeren als Abstandshalter nicht erforderlich. Durch die fototechnische Strukturierung des Hybridpolymers können mehrere Prozesse gleichzeitig parallel erfolgen .
Durch die Verwendung von UV-belichtbaren Hybridpolymeren kann als Vorteil genannt werden, dass die zu definierenden
Strukturen auf die jeweiligen Strahlungsaustrittsflächen angepasst werden können. Beispielsweise kann auf einen
Lumineszenzdiodenchip, welcher einen InGaAlP aufweist, nur jene Lumineszenzdiodenchips mit dem Hybridpolymer als
Abstandsplättchen versehen werden, welche aufgrund ihrer Probedaten für die entsprechende Anwendung geeignet sind. Bei den restlichen Lumineszenzdiodenchips, beispielsweise bei dem zweiten Lumineszenzdiodenchip, wird das Hybridpolymer
wegstrukturiert, das heißt nicht belichtet. Diese
Lumineszenzdiodenchips können dann für andere Applikationen verwendet werden, bei denen so ein Abstandsplättchen nicht benötigt wird. Damit können gleichzeitig baugleiche
Lumineszenzdiodenchips erzeugt werden, welche nachgeordnete Hybridpolymerschichten aufweisen oder welche keine
Hybridpolymerschichten aufweisen. Ferner kann durch die
Verwendung der Hybridpolymerschicht oder des Hybridpolymers die Verbesserung der Rotauskopplung erhöht werden, da das Hybridpolymer hochbrechend ist und keine Zwischenschichten, wie Klebeschichten, verwendet werden müssen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen . Die Figuren 1 bis 5 zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 6 und 7 zeigen jeweils ein Verfahren zur
Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung gemäß einer Ausführungsform, und die Figuren 8 und 9 zeigen jeweils eine schematische
Draufsicht und Seitenansicht auf mehrere Lumineszenzdiodenchips auf einem Wafer gemäß einer
Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind 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 groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist einen ersten
Lumineszenzdiodenchip 2 auf. Der erste Lumineszenzdiodenchip 2 weist eine erste Strahlungsaustrittsfläche 3 auf, aus der über die die von dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2
emittierte Strahlung ausgekoppelt wird. Dem ersten
Lumineszenzdiodenchip 2 ist ein Hybridpolymer 4 nachgeordnet. Dieses steht in direktem Kontakt mit dem ersten
Lumineszenzdiodenchip 2. Damit wird von Vorteil keine
Klebeschicht zwischen dem Hybridpolymer 4 und der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 notwendig, da das Hybridpolymer 4 direkt auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 haftet. Das Hybridpolymer 4 kann als vorgefertigter Film oder Folie aufgebracht oder direkt auf der ersten
Strahlungsaustrittsfläche 3 als Schicht mit einer
einheitlichen Schichtdicke erzeugt werden. Dies bedeutet, dass das Hybridpolymer 4 flüssig aufgebracht wird und dann verhärtet und/oder vernetzt wird. Damit verbindet dieses sich mit der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 und bekommt gleichzeitig Stabilität. Das Hybridpolymer 4 ist
selbsttragend. Die Hybridpolymerschicht 4 ist transparent für die von dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 emittierende
Strahlung 22. Das Hybridpolymer 4 ist dabei lediglich auf der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet. Die
Seitenflächen 5 des ersten Lumineszenzdiodenchips sind frei von dem Hybridpolymer 4. Alternativ oder zusätzlich können auch die Seitenflächen 5 zumindest teilweise oder vollständig von dem Hybridpolymer 4 bedeckt sein.
Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer
Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist einen ersten
Lumineszenzdiodenchip 2 und ein Hybridpolymer 4 auf. Das Hybridpolymer 4 ist direkt mit der ersten Strahlungsaustrittsfläche 3 kontaktiert. Das Hybridpolymer 4 ist dabei als Linse, insbesondere als Fresnellinse,
ausgeformt . Die Fresnellinse kann durch einen Stempel direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche erzeugt werden.
Alternativ zu dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 kann auch ein dritter oder ein weiterer Lumineszenzdiodenchip 10 verwendet werden.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer
Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist ein Substrat 6 auf. Auf dem Substrat 6 sind ein erster Lumineszenzdiodenchip 2 und ein zweiter Lumineszenzdiodenchip 7 angeordnet. Dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 ist ein Hybridpolymer 4 als Schicht mit einer einheitlichen Schichtdicke nachgeordnet. Dem zweiten Lumineszenzdiodenchip 7 ist eine
Lumineszenzkonversionsschicht 9 nachgeordnet. Die
Lumineszenzkonversionsschicht kann dabei direkt oder mittels anderer Schichten, beispielsweise einer Klebeschicht, auf der zweiten Strahlungsaustrittsfläche 8 des zweiten
Lumineszenzdiodenchips 7 angeordnet sein. Die
Lumineszenzkonversionsschicht kann Orthosilikate, Granate oder CaAlSiNs umfassen. Die beiden Lumineszenzdiodenchips 2, 7, die Lumineszenzkonversionsschicht 9 und das Hybridpolymer 4 können mit einem Silikonverguss 13 vergossen sein. Der Silikonverguss kann reflektierende Partikel, wie zum Beispiel Titandioxid, umfassen. Der Silikonverguss 13 kann
methylsubstituierte Silikone und/oder phenylsubstituierte Silikone aufweisen oder daraus bestehen. In Seitenansicht und in Querschnitt weist der erste Lumineszenzdiodenchip 2 und die Hybridpolymerschicht 4 eine Dicke dl auf. Der zweite Lumineszenzdiodenchip 7 und die Lumineszenzkonversionsschicht 9 weisen eine Dicke d2 auf. Insbesondere sind die Dicke dl und die Dicke d2 gleich. Die Dicke dl und die Dicke d2 unterscheiden sich in ihrem Wert maximal um 10 %,
beispielsweise 5 %.
Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer
Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 der Figur 4 unterscheidet sich von der Lumineszenzdiodenanordnung der Figur 3 dadurch, dass sie einen weiteren, einen dritten Lumineszenzdiodenchip 10 und eine weitere Hybridpolymerschicht 12 aufweist. Der erste Lumineszenzdiodenchip 2 emittiert Strahlung aus dem roten Wellenlängenbereich. Das Hybridpolymer 4 ist als Schicht ausgeformt und direkt auf der ersten
Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet. Der zweite
Lumineszenzdiodenchip 7 emittiert Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Direkt dem zweiten Lumineszenzdiodenchip 7 ist eine Lumineszenzkonversionsschicht 9 angeordnet, die die Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich vollständig in Strahlung aus dem grünen Wellenlängenbereich konvertiert. Die Lumineszenzkonversionsschicht 9 ist direkt auf der zweiten Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Der dritte Lumineszenzdiodenchip 10 emittiert Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Direkt der dritten
Strahlungsaustrittsfläche 11 ist eine weitere
Hybridpolymerschicht 12 angeordnet. Die weitere
Hybridpolymerschicht 12 weist eine einheitliche Schichtdicke auf. Die Hybridpolymerschicht 4 und die weitere
Hybridpolymerschicht 12 sind durchlässig für Strahlung und konvertieren keine Strahlung des ersten beziehungsweise dritten Lumineszenzdiodenchips 2, 10. Aus der Lumineszenzdiodenanordnung 1 wird Mischlicht emittiert, insbesondere weißes Licht.
Durch Verwendung von Hybridpolymer kann auf übliche
Glasplättchen und das Kleben von Glasplättchen auf die erste und dritte Strahlungsaustrittsfläche verzichtet werden. Durch das flüssige Aufbringen des Hybridpolymers kann die Dicke individuell beim Aufbringen bestimmt werden. Hingegen muss die Dicke der Glasplättchen vorher gewählt werden und auf die entsprechende Oberfläche angepasst werden. Damit ist durch
Verwendung von Hybridpolymer kein Abschleifen notwendig. Dies spart Kosten und Zeit.
Zusätzlich kann eine Verkapselung 14 auf den
Lumineszenzdiodenchips 2, 7, 10 angeordnet sein. Die
Verkapselung 14 steht in direktem Kontakt mit der
Lumineszenzkonversionsschicht 9, der Hybridpolymerschicht 4 und der weiteren Hybridpolymerschicht 12. Die Verkapselung 14 steht in direktem Kontakt zum Silikonverguss 13. Eine
Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß Figur 4 ist frei von Luft, insbesondere sind keine Luftschichten über der ersten
Strahlungsaustrittsfläche 3 und der dritten
Strahlungsaustrittsfläche 11 angeordnet. Die
Hybridpolymerschicht 4 und die weitere Hybridpolymerschicht 12 fungieren hier insbesondere als Abstandsschichten oder Spacerschichten und aufgrund ihres hohen Brechungsindex erhöhen sie zudem die Auskoppeleffizienz des ersten und dritten Lumineszenzdiodenchips 2, 10 und damit der
Lumineszenzdiodenanordnung 1.
Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer
Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lumineszenzdiodenanordnung 1 weist ein Substrat 6 auf. Auf dem Substrat 6 ist ein erster Lumineszenzdiodenchip 2
angeordnet. Der Lumineszenzdiodenchip 2 ist innerhalb eines Gehäuses 21 in einer Ausnehmung 20 angeordnet. Der
Lumineszenzdiodenchip 2 ist mit dem Hybridpolymer 4
vergossen. Der Verguss umfasst oder besteht aus dem
Hybridpolymer 4 und/oder weist kein Silikon im üblichen Sinne auf. Zusätzlich können weitere Lumineszenzdiodenchips auf dem Substrat 6 angeordnet sein. Alternativ können die
Lumineszenzdiodenchips auf verschiedenen Substraten 6
angeordnet sein.
Figur 6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer
Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Figur 6A zeigt einen ersten Lumineszenzdiodenchip 2, welcher bereitgestellt wird. Auf dem ersten Lumineszenzdiodenchip 2 wird ein Hybridpolymer 4 aufgebracht. Das Aufbringen des Hybridpolymers kann mittels einer Spritze, Spincoating,
Dispensen oder Sprühen erfolgen. Anschließend wird in Figur 6B ein Stempel 15, welcher für die zur Vernetzung
erforderliche Strahlung transparent ist, auf das
Hybridpolymer 4 aufgebracht. Dadurch wird das Hybridpolymer 4 geformt. Dabei stellt der Stempel 15 eine Art Negativform dar, wobei das Hybridpolymer 4 die sogenannte positive Form annimmt. Anschließend erfolgt in Figur 6C das Bestrahlen des Hybridpolymers 4. Es kann beispielsweise UV-Strahlung
verwendet werden. Das Hybridpolymer 4 ist fotosensitiv. Durch die Bestrahlung härtet und/oder vernetzt das Hybridpolymer 4. Insbesondere nimmt das Hybridpolymer 4 die positive Form an. Anschließend wird im Schritt 6D der Stempel 15 entfernt und das Hybridpolymer 4 weist die gewünschte Form auf. Figur 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Lumineszenzdiodenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform. Es wird ein Wafer 17 in Figur 7A bereitgestellt, der
Lumineszenzdiodenchips 2 aufweist. Insbesondere sind die Lumineszenzdiodenchips 2 baugleich. Alternativ können die Lumineszenzdiodenchips 2 eine unterschiedliche Bauform haben. Insbesondere ist der Wafer 17 ein Siliziumwafer .
Anschließend erfolgt die Auftragung des Hybridpolymers 4 (Figur 7B) . Das Hybridpolymer 4 kann in flüssiger Form aufgetragen werden. Das Aufbringen des Hybridpolymers 4 kann mittels Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgen. Dabei werden sowohl jeweils die Seitenflächen 5 des jeweiligen ersten Lumineszenzdiodenchips 2 als auch die erste
Strahlungsaustrittsfläche 3 des ersten Lumineszenzdiodenchips 2 bedeckt. Mit anderen Worten ist beim Auftragen des
Hybridpolymers 4 der erste Lumineszenzdiodenchips 2 in dem Hybridpolymer 4 eingebettet.
Anschließend erfolgt das Strukturieren (Figur 7C) . Dazu werden Masken 18 auf die Stellen platziert, die nicht mit Hybridpolymer 4 bedeckt werden sollen. Beispielsweise können die Masken 18 zwischen den einzelnen baugleichen ersten
Lumineszenzdiodenchips 2 angeordnet werden. Anschließend erfolgt die Belichtung des Hybridpolymers 4 mit UV-Strahlung 19. Das Hybridpolymer 4 vernetzt und/oder härtet aus und erhält seine Form. Insbesondere formt sich das Hybridpolymer 4 als Schicht mit einer gleichmäßigen Schichtdicke aus.
Anschließend erfolgen die Entfernung der Masken 18 und das Entfernen der nichtgehärteten und/oder unvernetzten Hybridpolymere 4a (Figur 7D) . Die unvernetzten Hybridpolymere 4a können mittels zumindest einem organischen, Lösungsmittel, beispielsweise Propylacetat , oder einem käuflich erwerblichen Entwickler entfernt werden. Dadurch werden die unvernetzten und unverhärteten Hybridpolymere 4a entfernt und es
resultieren baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips 2, welche nachgeordnet eine Hybridpolymerschicht 4 aufweisen.
Im anschließenden Verfahrensschritt können die einzelnen ersten Lumineszenzdiodenchips 2 vereinzelt 21 werden (Figur 7E) .
Figur 8 zeigt die Anordnung von mehreren
Lumineszenzdiodenchips 2 auf einem Wafer 17 in Draufsicht und die Seitenansicht eines Lumineszenzdiodenchips 2 gemäß einer Ausführungsform. Beispielsweise kann der
Lumineszenzdiodenchip ein erster Lumineszenzdiodenchip 2 sein. Auf die Lumineszenzdiodenchips 2 können ganzflächig das Hybridpolymer 4 als Schicht aufgebracht werden. Anschließend kann das Hybridpolymer 4 aber nur lokal, also auf einzelne erste Lumineszenzdiodenchips 2, strukturiert vernetzt
und/oder erhärtet werden. Das nichtgehärtete und/oder
unvernetzte Hybridpolymer 4a kann anschließend entfernt werden. Damit können selektiv und lokal einzelne
Lumineszenzdiodenchips auf einem Wafer 17 hergestellt werden, die einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen. Mit anderen Worten weist der eine Lumineszenzdiodenchip 2 keine
Hybridpolymerschicht 4 auf und ein anderer
Lumineszenzdiodenchip weist eine Hybridpolymerschicht 4 auf.
Figur 9 zeigt eine schematische Draufsicht und eine
Seitenansicht eines Wafers, welcher Lumineszenzdiodenchips 2 gemäß einer Ausführungsform aufweist. Hier ist als Beispiel der erste Lumineszenzdiodenchip 2 gezeigt. Der erste
Lumineszenzdiodenchip 2 weist ein Hybridpolymer 4 auf, welches hier als Fresnellinse ausgeformt ist. Die
Fresnellinse ist dabei direkt auf der ersten
Strahlungsaustrittsfläche 3 angeordnet. Die Fresnellinse kann beispielsweise durch Stempeln erzeugt werden.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 106 367.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
1 - Lumineszenzdiodenanordnung
2 - erster Lumineszenzdiodenchip
3 - erste Strahlungsaustrittsfläche
4 - Hybridpolymer
4a - nicht gehärteten und/oder unvernetzten Hybridpolymere
5 - Seitenflächen des ersten Lumineszenzdiodenchip
6 - Substrat
7 - zweiter Lumineszenzdiodenchip
8 - zweite Strahlungsaustrittsfläche
9 - Lumineszenzkonversionsschicht
10 - dritter Lumineszenzdiodenchip
11 - dritte Strahlungsaustrittsfläche
12 - weitere Hybridpolymerschicht
13 - Silikonverguss
14 - Verkapselung
15 - Stempel
16 - Härtung und/oder Vernetzung (16)
17 - Wafer
18 - Masken, strukturiertes Vernetzen
19 - Strahlung
20 - Ausnehmung
21 - Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Lumineszenzdiodenanordnung (1) aufweisend:
- zumindest einen ersten Lumineszenzdiodenchip (2) mit
einer ersten Strahlungsaustrittsfläche (3) , der über die
Strahlungsaustrittsfläche (3) zur Emission von Strahlung eingerichtet ist,
- zumindest ein Hybridpolymer (4), dass im Strahlengang des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) angeordnet ist, - wobei das Hybridpolymer (4) organische und anorganische
Bereiche aufweist, die kovalent miteinander verbunden sind,
- wobei das Hybridpolymer (4) thermisch und/oder durch
Strahlung vernetzt ist,
- wobei die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) und das
Hybridpolymer (4) in direktem mechanischem Kontakt stehen .
2. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1,
wobei das Hybridpolymer (4) als Schicht mit einer
einheitlichen Schichtdicke ausgeformt ist und die erste
Strahlungsaustrittsfläche (3) vollständig bedeckt, wobei der erste Lumineszenzdiodenchip (2) Seitenflächen (5) senkrecht zur ersten Strahlungsaustrittsfläche (3) aufweist, die frei von dem Hybridpolymer sind.
3. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1,
wobei das Hybridpolymer (4) als Fesnellinse ausgeformt ist.
4. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, aufweisend - ein Substrat (6), auf dem der erste und ein zweiter
Lumineszenzdiodenchip (2, 7) mit einer zweiten
Strahlungsaustrittsfläche (8) angeordnet sind,
- wobei der zweite Lumineszenzdiodenchip (7) zur Emission von Strahlung über die zweite Strahlungsaustrittsfläche (8) eingerichtet ist,
- eine Lumineszenzkonversionsschicht (9), die dem zweiten Lumineszenzdiodenchip (7) nachgeordnet ist und zur Konversion zumindest eines Teils der vom zweiten Lumineszenzdiodenchip (7) emittierten Strahlung eingerichtet ist,
- wobei das Hybridpolymer (4) als Schicht mit einer
einheitlichen Schichtdicke ausgeformt ist und direkt dem ersten Lumineszenzdiodenchip (2) nachgeordnet ist,
- wobei in Querschnitt der erste Lumineszenzdiodenchip (2) zusammen mit der Hybridpolymerschicht (4) eine Dicke dl und der zweite Lumineszenzdiodenchip (2) zusammen mit der
Lumineszenzkonversionsschicht (9) eine Dicke d2 aufweisen, wobei die Dicken dl und d2 jeweils einen Wert aufweisen, der sich höchstens 10 % voneinander unterscheidet.
5. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 4,
- die einen dritten Lumineszenzdiodenchip (10) auf dem
Substrat (6) aufweist,
- wobei die Hybridpolymerschicht (4) die erste
Strahlungsaustrittsfläche (3) vollständig bedeckt und
durchlässig für die Strahlung des ersten
Lumineszenzdiodenchips (2) aus dem roten Wellenlängenbereich ist,
- wobei die Lumineszenzkonversionsschicht (9) die zweite Strahlungsaustrittsfläche (8) vollständig bedeckt und die emittierende Strahlung des zweiten Lumineszenzdiodenchips (7) aus dem blauen Wellenlängenbereich vollständig in Strahlung mit einer größeren Wellenlänge als den blauen
Wellenlängenbereich konvertiert,
- wobei der dritte Lumineszenzdiodenchip (10) über eine dritte Strahlungsaustrittsfläche (11) zur Emission von
Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich eingerichtet ist,
- wobei dem dritten Lumineszenzdiodenchip (10) eine weitere Hybridpolymerschicht (12) direkt nachgeordnet ist, wobei die weitere Hybridpolymerschicht (12) die dritte
Strahlungsaustrittsfläche (11) vollständig bedeckt und durchlässig für die Strahlung des dritten
Lumineszenzdiodenchips (10) ist,
wobei in Querschnitt der dritte Lumineszenzdiodenchip (10) zusammen mit der weiteren Hybridpolymerschicht (12) eine Dicke d3 aufweisen, wobei die Dicken dl, d2 und d3 jeweils einen Wert aufweisen, die sich höchstens 10 % voneinander unterscheiden .
6. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 5,
wobei die Seitenflächen des ersten, zweiten und dritten
Lumineszenzdiodenchips (2, 7, 10) frei von Hybridpolymer (4) sind .
7. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 4 bis 6, die zusätzlich einen Silikonverguss (13) mit reflektierenden Partikeln aufweist, in dem der erste, zweite, dritte
Lumineszenzdiodenchip (2, 7, 10), die Hybridpolymerschicht (4), die weitere Hybridpolymerschicht (12) und die
Lumineszenzkonversionsschicht (9) eingebettet sind, wobei der Silikonverguss (13) in Querschnitt eine Dicke d4 aufweist, wobei die Dicken dl, d2, d3 und d4 jeweils einen Wert
aufweisen, die sich höchstens 10 % voneinander unterscheiden.
8. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 7, wobei über dem Silikonverguss (13) eine Verkapselung (14) angeordnet ist, die in direktem Kontakt mit dem
Silikonverguss (13), der Hybridpolymerschicht (4) und der weiteren Hybridpolymerschicht (12) steht.
9. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach Anspruch 1,
wobei der erste Lumineszenzdiodenchip (2) in einer Ausnehmung (20) eines Gehäuses (21) angeordnet ist, wobei das
Hybridpolymer (4) als Verguss ausgeformt ist, indem der erste Lumineszenzdiodenchip (2) eingebettet ist, so dass sowohl die erste Strahlungsaustrittsfläche (3) als auch die
Seitenflächen (5) des ersten Lumineszenzdiodenchips (2) direkt mit dem Hybridpolymer (4) in Kontakt stehen und das Hybridpolymer (4) den ersten Lumineszenzdiodenchip (2) ummantelt .
10. Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Brechungsindex der Hybridpolymerschicht (4) und/oder der weiteren Hybridpolymerschicht (12) gleich dem Brechungsindex der Lumineszenzkonversionsschicht (9) ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer
Lumineszenzdiodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Wafers (17),
B) Bereitstellen von baugleichen ersten
Lumineszenzdiodenchips (2) auf den Wafer (17),
C) Aufbringen des Hybridpolymers (4) zumindest auf die erste Strahlungsaustrittsfläche eines ersten Lumineszenzdiodenchips (2) ,
D) Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers (4), und E) Vereinzeln der baugleichen ersten Lumineszenzdiodenchips (2) .
12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei das Aufbringen im Verfahrensschritt C) mittels
Spincoating, Dispensen oder Sprühen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei im Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer (4) als
Schicht auf baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips (2) und zwischen benachbarte baugleiche erste Lumineszenzdiodenchips (2) aufgebracht wird, und das Härten und/oder Vernetzen des Hybridpolymers (4) im Schritt D) mittels Strahlung (19) und/oder Temperatur zur Bildung von baugleichen ersten
Lumineszenzdiodenchips (2) mit einer Hybridpolymerschicht (4) erfolgt, wobei nach Schritt D) ein Schritt Dl) erfolgt:
Entfernen der nicht gehärteten und/oder unvernetzten
Hybridpolymere (4a) mittels zumindest einem organischen
Lösungsmittel .
14. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei nach dem Verfahrensschritt C) das Hybridpolymer (4) mittels eines für Strahlung durchlässigen Stempels (15) geformt wird, und anschließend im Schritt D) die Härtung und/oder Vernetzung (16) des Hybridpolymers (4) mittels
Strahlung, welche durch den Stempel (15) transmittiert , erfolgt, wobei anschließend nach Schritt D) der Stempel (15) entfernt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei das nach Entfernen des Stempels resultierende
Hybridpolymer (4) als Fesnellinse ausgeformt ist.
PCT/EP2016/059073 2015-04-24 2016-04-22 Lumineszenzdiodenanordnung und verfahren zur herstellung einer lumineszenzdiodenanordnung Ceased WO2016170151A2 (de)

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