WO2018172354A1 - Verfahren zur herstellung eines wellenlängenkonversionselements sowie eines licht emittierenden bauelements, wellenlängenkonversionselement und licht emittierendes bauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines wellenlängenkonversionselements sowie eines licht emittierenden bauelements, wellenlängenkonversionselement und licht emittierendes bauelement Download PDF

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WO2018172354A1
WO2018172354A1 PCT/EP2018/057016 EP2018057016W WO2018172354A1 WO 2018172354 A1 WO2018172354 A1 WO 2018172354A1 EP 2018057016 W EP2018057016 W EP 2018057016W WO 2018172354 A1 WO2018172354 A1 WO 2018172354A1
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WO
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converter
wavelength conversion
frame
converter element
alignment
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PCT/EP2018/057016
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Michael Brandl
Holger Koch
Isabel OTTO
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements

Definitions

  • Wavelength conversion element a method for converting
  • Wavelength conversion element and a light-emitting device specified.
  • the use of headlamps with multiple light-emitting diodes is advantageous because desired by the arrangement and the targeted operation of the LEDs in an efficient manner
  • LEDs are included
  • the prescribed emission profile of a headlight has sharp edges at the edges of the illuminated area.
  • the individual conversion layers of the individual LEDs of a headlamp due to unavoidable manufacturing tolerances during assembly on the LEDs can rotate against each other, thereby arises in absolute terms to the entire component as relative to the other conversion layers no longer one
  • Specify wavelength conversion element is to provide a method of manufacturing a light-emitting device
  • Wavelength conversion element with at least one
  • Converter element provided an adjustment carrier.
  • the at least one converter element is on the adjustment carrier arranged.
  • a frame material is applied to form a frame.
  • a wavelength conversion element has at least one converter element and a frame.
  • Component arranged a wavelength conversion element on at least one light-emitting semiconductor chip.
  • a light-emitting component has a
  • Wavelength conversion element which is arranged on at least one light-emitting semiconductor chip.
  • Wavelength conversion element the light-emitting device or the Justagelics described so they apply equally to a plurality and particularly preferably for all corresponding elements of the
  • Wavelength conversion element the light-emitting device or the Justagemons.
  • the at least one wavelength conversion element has a Wavelength conversion substance on.
  • Wavelength conversion substance may comprise one or more of the following materials: rare earth and alkaline earth metal garnets, for example YAG: Ce 3+ , nitrides, nitridosilicates, sions, sialones, aluminates, oxides,
  • Halophosphates orthosilicates, sulfides, vanadates and
  • Wavelength conversion material additionally or alternatively comprise one or more organic materials which may be selected from a group comprising perylenes, benzopyrene, coumarins, rhodamines and azo dyes.
  • At least one wavelength conversion element may be suitable mixtures and / or combinations of the mentioned
  • Wavelength range emitted having green and / or red and / or yellow wavelength ranges.
  • this can be at least one
  • Wavelength conversion element a transparent
  • the transparent matrix material can be, for example, siloxanes, epoxides, acrylates, methyl methacrylates, imides, carbonates, olefins, styrenes, urethanes or derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers and furthermore also
  • the matrix material may be an epoxy resin
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • polystyrene polystyrene
  • polycarbonate Polyacrylate
  • polyacrylate polyurethane or a silicone
  • Polysiloxane, or mixtures thereof include or be.
  • the matrix material can be a transparent
  • Ceramic material such as undoped YAG, and / or a glass material.
  • the at least one wavelength conversion element is formed as a plate.
  • the wavelength conversion element can be formed by a small plate having a cross-sectional shape which is polygonal and preferably quadrangular. But there are other forms possible.
  • the shape of the wavelength conversion element is adapted to the shape of a light-emitting semiconductor chip on which the
  • the at least one wavelength conversion element can have a cross-sectional area which essentially corresponds to the luminous area of the light-emitting semiconductor chip or a little, for example not more than 10%, larger than the one
  • Luminous surface of the semiconductor chip is.
  • Wavelength conversion element a plurality of
  • the converter elements can in
  • Wavelength conversion element may be arranged in particular according to an array of light-emitting semiconductor chips on which the wavelength conversion element is arranged.
  • the converter elements may preferably be the same or at least similar.
  • an adjustment carrier which has a bearing surface.
  • the Support surface is designed such that at least one converter element can be arranged on the support surface. This may mean, in particular, that the support surface is flat in a region in which the at least one converter element is arranged. Become several
  • the adjustment carrier preferably has a
  • Support surface which has a corresponding number of areas that are designed so that the individual
  • Converter elements can be arranged on these.
  • the one or more areas in which the at least one or a plurality of converter elements are arranged may be flat.
  • the adjustment carrier on the support surface on at least one alignment element, which is provided and arranged, the at least one converter element in a desired position on the
  • Converter elements are arranged on the Justage., this has on the support surface a corresponding
  • Support surface should be arranged so that at this
  • aligned converter elements have positions that correspond to those positions that should have the converter elements in a light-emitting device.
  • a plurality of alignment elements may be arranged in the form of a cell or in a matrix. Accordingly, this can be a cell-shaped or matrix-shaped arrangement of converter elements on the adjustment carrier and also
  • the at least one alignment element is formed in such a way that the at least one converter element is fixed after arranging on the support surface and aligning on the alignment element by the alignment element in at least one and particularly preferably in at least two mutually perpendicular lateral directions.
  • lateral directions are here and hereinafter referred to directions that are in a plane that is parallel to a main extension plane of the bearing surface of the Justagemies.
  • vertical direction accordingly denotes a direction perpendicular to the support surface and thus perpendicular to all lateral directions.
  • the fact that the at least one converter element is fixed by the at least one alignment element in at least two mutually perpendicular lateral directions can therefore mean, in particular, that the at least one converter element arranged and aligned on the support surface extend in at least two mutually perpendicular directions which run parallel to the support surface.
  • Alignment is prevented from displacement on the support surface. Moreover, it may be particularly advantageous if the at least one converter element is fixed by the alignment after the step of aligning against rotation. In particular, if the at least one converter element is fixed in a lateral direction after being arranged on the support surface and aligned with the alignment element by the alignment element, this is
  • Aligning element additionally designed so that the
  • the at least one alignment element is formed by a depression in the bearing surface into which the at least one converter element
  • the recess may in particular have a shape which at least partially corresponds to a shape of the
  • Converter element corresponds and be dimensioned such that the at least one converter element can be completely inserted into the recess. Complete here means that the converter element with one of the
  • the converter element projects out of the recess in a vertical direction.
  • the depression has a depth that is smaller than a thickness of the at least one converter element.
  • the depression can have a depth that is less than or equal to 5% of a thickness of the at least one converter element.
  • adjustment carrier has a plurality of alignment elements, these can be designed, in particular, as separate recesses in the bearing surface.
  • the at least one alignment element has a protrusion in the support surface, to which the at least one converter element can be applied in the lateral direction.
  • Converter element can be placed on the support surface and optionally be shifted in a lateral direction such that the converter element abuts the elevation and is thereby fixed in the lateral direction.
  • the survey can be formed by at least one web.
  • the survey may be an L-shaped survey, the two preferably perpendicular to each other, in lateral
  • Converter element can be fixed in at least two mutually perpendicular lateral directions.
  • the survey is U-shaped and is thus formed by three webs extending in lateral directions on the support surface and which can fix the converter element in three lateral directions.
  • the elevation is formed by a frame enclosing an area which, as above for the recess
  • the elevation may in particular have a height that is smaller than a thickness of the at least one converter element.
  • the elevation may have a height which is less than or equal to 5% of a thickness of the at least one converter element.
  • Converter element can thus protrude in a vertical direction over the alignment and thus survive in the vertical direction after placing and aligning on an alignment element designed as a survey.
  • the at least one alignment element may in particular have lateral dimensions which are adapted to the lateral dimensions of the at least one converter element in such a way that the at least one converter element during alignment and after alignment with normal manufacturing variations and influences with an angular tolerance of less than 3 ° and preferably can be rotated by less than 1 °.
  • the at least one alignment element can have side faces to which the converter element abuts with side surfaces after alignment and which are long enough in the lateral direction to ensure a corresponding security against rotation.
  • the adjustment carrier on the support surface on a plurality of alignment elements for aligning a plurality of converter elements.
  • one converter element can be aligned at each of the plurality of alignment elements.
  • exactly one alignment element can be provided for exactly one converter element, on which the corresponding converter element is aligned.
  • frame material is applied to the adjustment carrier to form a frame.
  • the frame material is applied laterally offset from the at least one converter element or laterally offset from each of a plurality of converter elements.
  • the frame material adjacent to the one or more converter elements on the Justage is applied laterally offset from the at least one converter element or laterally offset from each of a plurality of converter elements.
  • the frame material for forming the frame is applied such that the at least one
  • Converter element is enclosed at least partially laterally from the frame in direct contact and the frame together with the at least one converter element a coherent component with a the Justagezing facing first
  • the frame material Frame which surrounds each of the converter elements at least partially laterally in direct contact.
  • the frame material becomes like this
  • Frame material preferably only laterally offset to the one or more converter elements are applied so that the at least one converter element or the plurality of converter elements on the second
  • Main surface of the wavelength conversion element remains free from the frame. Since the at least one converter element on the support surface of the Justageagis during application of the
  • Frame material rests, this remains at least one
  • Converter element also on the first main surface of the wavelength conversion element free from the frame.
  • Wavelength conversion element be a continuous flat surface passing through a surface of the frame and through a surface of the at least one converter element or through corresponding surfaces of a plurality of
  • the frame material may be a non-transparent material that connects them together in a plurality of converter elements.
  • the frame material can be a non-transparent material that connects them together in a plurality of converter elements.
  • the frame material can thus in particular cause the conversion elements to be permanently held together, so that the finished one
  • Wavelength conversion element forms a self-supporting unit, without additional support and without additional Substrate can be further processed. Because the frame material is non-transparent, optical crosstalk between adjacent converter elements may occur
  • the frame material comprises a plastic material, such as silicone or epoxy or another in advance in connection with the converter element
  • the frame material can be any material.
  • the frame material can be any material.
  • a molding such as compression molding or jetting in a viscous form.
  • a viscous form for example, by curing the
  • Plastic material can then be formed the frame.
  • the wavelength conversion element thus formed can then be removed from the adjustment carrier.
  • the plastic material may itself be non-transparent. Alternatively, the plastic material may also be at least partially intrinsically
  • Frame material if it is to be non-transparent, an admixture of a further material, for example in the form of particles, which causes the frame is not ⁇ transparent.
  • the frame material has radiation-reflecting particles, which in the
  • Plastic material are arranged and the one of
  • the Plastic material also pores, such as air-filled pores have.
  • the particles may be formed with at least one or more of the materials T1O 2, ZrÜ 2, ZnO, Al 2 O 3, BASC ⁇ , MgO, Ta 2 0 5, Hf0 2, Gd 2 0 3, Nb 2 0 3, Y2O3 or
  • the concentration of the radiation-reflecting particles in the base material may preferably be greater than or equal to 10% by weight and preferably greater than or equal to 20% by weight. In this case, the radiation-reflecting particles within the
  • Plastic material preferably be evenly distributed.
  • the plastic material and the radiation-reflecting particles may be selected such that the frame material and thus the frame appears white to a viewer due to its reflective properties.
  • Wavelength conversion element on the first main surface on a surface structure which is effected by the at least one alignment element of the Justagerizs. If the at least one alignment element is formed, for example, by a depression, then this can be at least one
  • Wavelength conversion element protrude from the frame. If the at least one alignment element formed by a survey on the support surface of the Justagelics, that can
  • Wavelength conversion element on the first surface have a corresponding recess whose shape corresponds to an impression of the at least one alignment element in the frame.
  • the recess may vary depending on the shape of the corresponding
  • the at least one converter element is completely enclosed in the lateral direction by the frame and can be partially or completely described above from the frame on the first
  • Converter element on at least one side surface remain free from the frame.
  • the frame material for forming the frame is not on all side surfaces of the at least one converter material
  • Converter element with a quadrangular cross-section and thus used four side surfaces, it may accordingly be possible that the frame material and thus the frame adjacent to three or four side surfaces directly to the converter element.
  • the wavelength conversion element can thus have at least one converter element and a frame which, together with the at least one converter element, forms a coherent component and which at least partially laterally surrounds the at least one converter element
  • Wavelength conversion element has a first main surface and a second main surface opposite the first main surface.
  • the second main surface of the wavelength conversion element can in particular a
  • Wavelength conversion element in the first main surface having a surface structure which is at least partially formed by a region adjacent to the converter element of the frame, in which the frame has a smaller thickness as having at least one converter element.
  • the frame may be consistently smaller in thickness than the at least one
  • the area may be, for example, an L-like, a U-shaped or a
  • the frame has an area with a smaller thickness than the at least one converter element adjacent to the converter element, the at least one converter element adjacent to the area at least one side surface which partially free of
  • At least one light-emitting semiconductor chip is provided for producing a light-emitting component.
  • Wavelength conversion element is arranged on the at least one light-emitting semiconductor chip such that the at least one converter element of the
  • Wavelength conversion element is disposed on the light-emitting semiconductor chip. Does the light-emitting device a plurality of light-emitting
  • Wavelength conversion element preferably has a corresponding same plurality of converter elements whose positions in the lateral direction in the wavelength conversion element the positions of the light-emitting semiconductor chips correspond.
  • the wavelength conversion element is arranged on the plurality of light-emitting semiconductor chips in such a way that in each case exactly one converter element of the
  • the light-emitting component thus has on at least one light-emitting semiconductor chip or a plurality of light-emitting semiconductor chips
  • Wavelength conversion element wherein the at least one converter element or a plurality of converter elements on the one or the plurality of light-emitting
  • Wavelength conversion element with one or more
  • the adjustment carrier with the at least one or the plurality of alignment elements forms a grid on which the at least one or the plurality of converter elements are arranged in a desired arrangement
  • the desired arrangement may in particular be an arrangement of light-emitting
  • Converter elements are eliminated in the processes after application to the chip, such as a transport for curing.
  • a frame By applying the frame material on multiple sides of the converter element (s), in the case of quadrangular converter elements on at least three sides, and by filling the gaps between the converter elements, a frame can be formed by curing in which the converter element or elements are correctly aligned.
  • aligned converter elements is as a composite in the frame on one or more pre-equipped semiconductor chips
  • wavelength conversion element Semiconductor chips are glued.
  • it can be filled with another, preferably reflective, material, which is preferably reflective.
  • FIGS 1A to 1F are schematic representations of
  • FIGS. 1A to 2G are schematic representations of
  • FIGS. 3A to 3G are schematic representations of
  • FIGS. 4A and 4B are schematic representations of
  • FIGS. 5A to 5D are schematic representations of
  • FIGS. 6A and 6B are schematic representations of
  • FIGS 7A to 7D are schematic representations of
  • FIGS. 8A to 8C are schematic representations of
  • Wavelength conversion element 100 is shown.
  • an adjustment carrier 1 is used here
  • a wavelength conversion element 100 with exactly one converter element 2 can be produced.
  • Wavelength conversion element 100 are made with a plurality of converter elements 2, as shown in subsequent figures.
  • FIGS. 1A and 1B a section of the adjustment carrier 1 is shown in a sectional representation and in a plan view
  • FIGS. 1A and 1B are further explanatory of lateral directions 90 which are parallel to the main extension plane of the support surface 10 and a vertical direction 91 which is perpendicular to the main extension plane of the support surface 10.
  • the alignment element 11 is shown in FIG.
  • the lateral cross-sectional shape of the depression that is to say the cross-section recognizable in the plan view of FIG. 1B, corresponds, as will be explained in more detail below in connection with FIGS. 1C and 1D, to the cross-sectional shape of FIG.
  • the converter element 2 is designed as a prefabricated plate and, like the alignment element 11 in the embodiment shown, purely by way of example has a square Cross-sectional shape in the lateral direction.
  • the converter element 2 has two opposing square surfaces, which extend through side surfaces
  • the shape of the converter element 2 is particularly preferably based on the shape of the
  • Luminous surface of a light-emitting semiconductor chip to which the wavelength conversion element 100 and thus
  • the converter element 2 is to be applied.
  • the shape of the converter element 2 as well, the shape of the converter element 2 as well
  • the converter element 2 has one or more
  • Wavelength conversion substances This can be the
  • Converter element 2 as described above in the general part of the one or more wavelength conversion materials in one
  • the converter element 2 is arranged on the support surface 10 and aligned with the alignment element 11. For this purpose, the converter element 2 is inserted into the recess forming the alignment element 11. Does the recess a larger lateral cross-section, ie
  • the converter element 2 is displaced, for example, in the two lateral directions 90 shown in FIG. 1D, until the side faces of the
  • Converter element 2 the corresponding side surfaces of the alignment element 11, ie in the illustrated embodiment Side surfaces of the depression, touch and that
  • Converter element 2 so from the alignment element 11 in the two shown perpendicular to each other lateral
  • Directions 90 is fixed. Does the recess forming the alignment element 11 have lateral dimensions which are in the
  • Converter element 2 fixed in more than two lateral directions.
  • the alignment element 11 is in particular adapted to the lateral dimensions of the converter element 2 in such a way that the converter element 2 during the alignment and after the alignment under normal manufacturing fluctuations and
  • the alignment element 11 has, as described, side surfaces to which the converter element 2 with its side surfaces after the
  • Aligns and formed in the lateral direction are shaped accordingly to ensure a corresponding security against rotation.
  • the recess forming the alignment member 11 has a depth in the vertical direction which is smaller than the thickness of the converter element 2 in the vertical direction.
  • the depth of the recess is less than or equal to 5% and greater than 0% of the thickness of the converter element 2, so that the converter element 2 to at least 95% of the
  • a frame material 30 is applied laterally on the adjustment support 1 next to the converter element 2 and in direct contact with side surfaces of the converter element 2.
  • the frame material 30 may in particular be a plastic
  • the adjustment carrier 1 can comprise or be a suitable material, for example a plastic, a ceramic material, a glass material or a metal.
  • the alignment support 1 may in particular be part of a molding tool or at least be suitable for being inserted into a molding tool.
  • a frame 3 is formed, which surrounds the converter element 2 at least partially, in the embodiment shown even completely, laterally in direct contact.
  • the corresponding completed wavelength conversion element 100 is shown in Figure IE after removal from the Justageisme.
  • the frame 3 together with the converter element 2 forms a coherent component with a first main surface 101 facing the adjustment carrier 1 before removal from the adjustment carrier 1 and a second main surface 102 opposite the first main surface 101.
  • the frame material 30 and thus the frame 3 are preferably not transparent and particularly preferably reflective.
  • a white reflective frame 3 is particularly advantageous.
  • the frame material 30 and thus also have the frame 3 in the plastic material particles as described above in the general part.
  • the frame material 30 and, accordingly, after curing of the frame 3 as a plastic material silicone and as a particle Ti02 ⁇ have particles.
  • the particles can be distributed homogeneously in the plastic.
  • the concentration of particles in regions adjacent to the converter element 2 may be higher than in regions which are laterally further away from the converter element 2.
  • the frame 3 may also be possible for the frame 3 to be non-transparent around the converter element 2 and again to be transparent around this non-transparent region.
  • the frame 3 may also be complete
  • the converter element 2 is on the first and second
  • Main surface 102 of the wavelength conversion element 100 is preferably a continuous plane surface, as shown, which is formed by the corresponding surface of the frame 3 and by the corresponding surface of the converter element 2.
  • On the first main surface 101 has the
  • Wavelength conversion element 100 has a surface structure which is caused by the alignment element 11 of the Justageriz 1. In the embodiment shown, this protrudes
  • the region 31 encloses the converter element 2.
  • the converter element 2 forms Thus, an island-like increase in the first main surface 101.
  • the region 31 and in particular throughout the entire frame 3 has a thickness which is less than 100% and greater than or equal to 95% of the thickness the converter element 2 is.
  • Embodiments are therefore essentially limited to differences from previous embodiments.
  • FIGS. 2A to 2G are process steps for a method for producing a
  • Wavelength conversion element 100 shown according to a further embodiment, in which the adjustment carrier 1 compared to the previous embodiment as
  • Alignment 11 has a survey on the support surface 10, as shown in Figures 2A and 2B in one
  • Converter element 2 abuts the elevation and is thereby fixed in the lateral direction 90. Im shown
  • the survey is designed as an L-shaped elevation having two mutually perpendicular, extending in lateral directions webs through which the
  • Converter element 2 can be fixed in at least two mutually perpendicular lateral directions 90.
  • the Webs may also be formed spaced from each other.
  • the survey is U-shaped and thus formed by three webs extending in lateral directions on the support surface 10 and the converter element 2 in three
  • the elevation can fix lateral directions. Furthermore, it may also be possible for the elevation to have a frame shape which encloses a region on the support surface 10 which, as described above for the depression, can correspond to the shape of the at least one converter element 2. If the converter element 2 has a different lateral cross-sectional shape than the square shape shown, then the elevation can also be correspondingly shaped differently. Furthermore, it may also be possible that the survey in the
  • Support surface 10 is formed instead of the bead-like shape shown by a correspondingly extending stage.
  • the elevation has a height which is smaller than a thickness of the at least one converter element 2.
  • the elevation may have a height that is less than or equal to 5% of a thickness of the at least one converter element 2.
  • the converter element 2 can after touchdown and
  • Aligning on the alignment element formed as a elevation 11 thus protrude in the vertical direction over the alignment element 11 and thus survive in the vertical direction by at least 95%.
  • a frame material 30 is formed to form the frame 3
  • Wavelength conversion element 100 is shown in Figures 2F and 2G is shown in a sectional view and in a plan view of the first main surface 102.
  • Wavelength conversion element 100 the wavelength conversion element 100 shown in Figures 2F and 2G on the first main surface 101 on a region 31 which is formed by a recess whose shape corresponds to an impression of the alignment member 11 in the frame 3.
  • Converter element 2 as shown L-shaped and thus partially surrounded.
  • Embodiment of Figures 2A to 2G thus has as a second main surface 102 has a continuous flat surface which is defined by a surface of the frame 3 and by a
  • Surface of the converter element 2 is formed while a surface structure in the first main surface 101 is present, which is at least partially formed by an adjacent to the converter element portion 31 of the frame 3, wherein the frame 3 in the region 31 has a smaller thickness than the at least one Converter element 2 has.
  • a surface structure in the first main surface 101 is present, which is at least partially formed by an adjacent to the converter element portion 31 of the frame 3, wherein the frame 3 in the region 31 has a smaller thickness than the at least one Converter element 2 has.
  • Aligning element 11 of the Justageismes 1 of the frame 3 in the region 31 have a thickness which is greater than or equal to 95% and less than 100% of the thickness of the converter element 2. Outside the region 31, the frame 3 has a thickness which corresponds to the thickness of the converter element 2.
  • the adjustment carrier 1 has a plurality of alignment elements 11 arranged in a cell-shaped manner next to one another (FIGS. 3A and 3B), on which a corresponding plurality of converter elements 2 can be aligned (FIG. 3C).
  • a number of four alignment elements 11 and correspondingly a number of four converter elements 2 are shown.
  • FIGS. 3D and 3E by applying and hardening the frame material 30, a frame 3 can be formed, which laterally surrounds the converter elements 2 in direct contact, and in this case the
  • FIGS. 4A and 4B show, in partial top views, the alignment carrier 1 (FIG. 4A) and the finished wavelength conversion element 100 (FIG. 4B) according to method steps of a method for producing a wavelength conversion element 100 according to a further exemplary embodiment, in which a plurality of alignment elements 11 arranged in the form of a matrix or converter elements 2 is present, wherein the alignment elements 11 as in connection with that in the figures 2A to 2G embodiment described as
  • FIGS. 5A to 5D show a method for producing a light-emitting component 1000, in which a wavelength conversion element 100, which is designed in accordance with FIGS
  • the light-emitting component has, as shown in a sectional view in FIG. 5A and in a top view in FIG. 5B, a plurality of light-emitting elements
  • Semiconductor chips 200 are shown mounted in a housing 300 or on another suitable carrier in a desired arrangement and electrically connected.
  • the semiconductor chips 200 may be surface-mountable semiconductor chips which may be mounted by soldering and electrically connected.
  • the housing 300 facing away from the top
  • Semiconductor chips 200 form the luminous surfaces, over which in
  • blue light can be emitted.
  • the semiconductor chips 200 the purely exemplary one
  • edge lengths of greater than or equal to 100 ym and less than or equal to 2 mm. It may also be possible smaller edge lengths, for example in the range of greater than or equal to 10 ym. Particularly preferred edge lengths may be, for example, 500 ym or 750 ym or 1 mm or about 1.5 mm.
  • the distance between the semiconductor chips 200 may be, for example, greater than or equal to 50 ym and less than or equal to 150 ym, depending on the application.
  • a special edge lengths of greater than or equal to 100 ym and less than or equal to 2 mm. It may also be possible smaller edge lengths, for example in the range of greater than or equal to 10 ym. Particularly preferred edge lengths may be, for example, 500 ym or 750 ym or 1 mm or about 1.5 mm.
  • the distance between the semiconductor chips 200 may be, for example, greater than or equal to 50 ym and less than or equal to 150 ym, depending on the application.
  • preferred spacing may be about 100 ym.
  • Light-emitting semiconductor chips and housing or other Carriers for this purpose are known to the person skilled in the art and will not be explained further here.
  • the wavelength conversion element 100 is applied to the semiconductor chips 200.
  • Wavelength conversion element 100 has a number and arrangement of converter elements 2 that corresponds to the number and arrangement of the semiconductor chips 200, wherein the
  • Converter elements 2 have a lateral cross-section which is substantially the lateral cross-section of
  • the lateral dimensions of the converter elements 2 may also be slightly larger than the lateral dimensions of the semiconductor chips 200, in which case the distance between adjacent converter elements 2 in the wavelength conversion element 100 is correspondingly smaller than the corresponding distance of the semiconductor chips 200 and, for example, greater than or equal to 50 ym and smaller or equal to 70 ym.
  • the wavelength conversion element 100 is applied to the semiconductor chip 200 with the first main surface 101 such that each of the converter elements 2 is disposed on exactly one of the semiconductor chips 200.
  • Wavelength conversion element 100 are adhered to the semiconductor chips 200 by means of a suitable adhesive.
  • the converter elements 2 are designed such that a part of the blue light generated by the semiconductor chip 200 during operation is converted into light in the yellow and / or green and / or red spectral range, so that the light-emitting component 1000 in FIG Operation can emit white light.
  • the light-emitting component 1000 may be formed as a headlight or headlight element.
  • Wavelength conversion element 100 independent of the
  • Manufacturing fluctuations can be correctly aligned, an unwanted individual rotation of the individual converter elements 2 to each other or to the device 1000 can be avoided per se, so that a continuous
  • FIGS. 6A and 6B in a sectional view and a plan view, according to another
  • the housing 300 after applying the wavelength conversion element 100 with a further, preferably reflective, in particular white reflective material 400 to the top of the
  • Wavelength conversion element 100 so filled to the second main surface 102.
  • the other material may, for example, like the frame material of
  • Wavelength conversion element 100 may be formed or another, above in the general part in connection with the
  • wavelength conversion elements 100 each have completely enclosed by the frame 3 converter elements 2.
  • the converter elements 2 may be on a side surface remain free from the frame 3 and thus be enclosed only on three side surfaces of the frame 3.
  • Such a wavelength conversion element 100 may be particularly advantageous if the semiconductor chips on which the wavelength conversion element 100 is to be arranged have an upper-side connection region, for example for a bonding wire.
  • FIGS. 8A to 8C Semiconductor chips 200 is shown in FIGS. 8A to 8C.
  • FIG. 8A shows the housing 300 with the semiconductor chips 200 in a plan view.
  • the semiconductor chips 200 have, indicated by the dashed line, a
  • Terminal area 201 in which the semiconductor chips 200 are contacted by bonding wires (not shown). Will this be described in connection with FIGS. 7A to 7D
  • Wavelength conversion element 100 is applied, as shown in Figures 8B and 8C in a sectional view and in a plan view, the terminal portions 201 may remain free and uncovered by the wavelength conversion element 100, so that the bonding wire connections in these areas are not damaged by the wavelength conversion element 100.
  • a filling with a further material can take place.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements (100) angegeben, bei dem ein Justageträger (1) mit einer Auflagefläche (10) mit zumindest einem Ausrichtelement (11) bereitgestellt wird. Zumindest ein Konverterelement (2) wird auf der Auflagefläche (10) aufgebracht und am Ausrichtelement (11) ausgerichtet, wobei das Ausrichtelement (11) derart ausgeformt ist, dass das Konverterelement (2) durch das Ausrichtelement (11) in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen (90) fixiert wird. Ein Rahmenmaterial (30) wird zur Bildung eines Rahmens (3) aufgebracht, so dass das zumindest eine Konverterelement (2) zumindest teilweise lateral vom Rahmen (3) in direktem Kontakt umschlossen ist und der Rahmen (3) zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement (2) ein zusammenhängendes Bauteil mit einer dem Justageträger (1) zugewandten ersten Hauptoberfläche (101) und einer der ersten Hauptoberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche (102) bildet. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements (1000), ein Wellenlängenkonversionselement (100) und ein Licht emittierendes Bauelement (1000) angegeben.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WELLENLÄNGENKONVERSIONSELEMENTS SOWIE EINES LICHT EMITTIERENDEN BAUELEMENTS, WELLENLÄNGENKONVERSIONSELEMENT UND
LICHT EMITTIERENDES BAUELEMENT
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements, ein Verfahren zur
Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements, ein
Wellenlängenkonversionselement und ein Licht emittierendes Bauelement angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 106 274.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Beispielsweise im Automobilbereich ist die Verwendung von Scheinwerfern mit mehreren Licht emittierenden Dioden (LEDs) vorteilhaft, da sich durch die Anordnung und den gezielten Betrieb der LEDs auf effiziente Weise gewünschte
Abstrahlprofile einstellen lassen. Um weißes Licht zur
Umgebungsbeleuchtung zu erzeugen, werden LEDs mit
Konversionsschichten verwendet, die einen Teil des direkt von den LEDs erzeugten Lichts in andersfarbiges Licht
konvertieren, so dass das hieraus resultierende Mischlicht einen gewünschten weißfarbigen Leuchteindruck aufweist.
Das vorgeschriebene Abstrahlprofil eines Scheinwerfers weist scharfe Kanten an den Rändern des ausgeleuchteten Bereichs auf. Da sich die individuellen Konversionsschichten der einzelnen LEDs eines Scheinwerfers jedoch aufgrund von unvermeidbaren Fertigungstoleranzen bei der Montage auf den LEDs gegeneinander verdrehen können, entsteht hierdurch absolut gesehen zum gesamten Bauteil so wie relativ gesehen zu den anderen Konversionsschichten eine nicht mehr
durchgehend gerade leuchtende Kante. Die bei der Montage nicht vermeidbare Toleranz in Bezug auf Verdrehwinkel von typischerweise 3° oder sogar mehr kann nachträglich nicht mehr kompensiert werden. Um dieses Problem zu lösen, kann beispielsweise eine großflächige Konversionsschicht gemeinsam auf allen LEDs platziert werden. Hieraus können sich jedoch im Vergleich zu individuellen Konversionsschichten wiederum Probleme in Bezug auf die Homogenität der Leuchtdichte und/oder der Farbe ergeben.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements anzugeben. Weitere Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements, ein
Wellenlängenkonversionselement und ein Licht emittierendes Bauelement anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Verfahren und der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem
Verfahren zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements mit zumindest einem
Konverterelement ein Justageträger bereitgestellt. Das zumindest eine Konverterelement wird auf dem Justageträger angeordnet. Zur Bildung eines Rahmens wird ein Rahmenmaterial aufgebracht .
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Wellenlängenkonversionselement zumindest ein Konverterelement und einen Rahmen auf.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden
Bauelements ein Wellenlängenkonversionselement auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet.
Gemäß zumindest einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein Licht emittierendes Bauelement ein
Wellenlängenkonversionselement auf, das auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet ist.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenkonversionselements, für das Verfahren zur
Herstellung des Licht emittierenden Bauelements sowie für das Wellenlängenkonversionselement und das Licht emittierende Bauelement. Werden Ausführungsformen und Merkmale in Bezug auf „zumindest ein" Element, beispielsweise des
Wellenlängenkonversionselements, des Licht emittierenden Bauelements oder des Justageträgers , beschrieben, so gelten diese gleichermaßen für eine Mehrzahl und besonders bevorzugt für alle entsprechenden Elemente des
Wellenlängenkonversionselements, des Licht emittierenden Bauelements oder des Justageträgers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement einen Wellenlängenkonversionsstoff auf. Der
Wellenlängenkonversionsstoff kann einen oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, beispielsweise YAG:Ce3+, Nitride, Nitridosilikate, Sione, Sialone, Aluminate, Oxide,
Halophosphate, Orthosilikate, Sulfide, Vanadate und
Chlorosilikate . Weiterhin kann der
Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ eines oder mehrere organische Materialien aufweisen, die aus einer Gruppe ausgewählt sein können, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Das
zumindest eine Wellenlängenkonversionselement kann geeignete Mischungen und/oder Kombinationen der genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, dass das
Wellenlängenkonversionselement in einem ultravioletten bis grünen, beispielsweise in einem blauen ersten
Wellenlängenbereich absorbiert und in einem zweiten
Wellenlängenbereich emittiert, der grüne und/oder rote und/oder gelbe Wellenlängenbereiche aufweist.
Weiterhin kann das zumindest eine
Wellenlängenkonversionselement ein transparentes
Matrixmaterial umfassen, das den oder die Wellenlängen- konversionsstoffe umgibt oder enthält oder das an den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe chemisch gebunden ist. Das transparente Matrixmaterial kann beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch
Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein Epoxidharz,
Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polystyrol, Polycarbonat , Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikon, etwa ein
Polysiloxan, oder Mischungen daraus umfassen oder sein.
Weiterhin kann das Matrixmaterial ein transparentes
Keramikmaterial, beispielsweise undotiertes YAG, und/oder ein Glasmaterial aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement als Plättchen ausgebildet. Insbesondere kann das Wellenlängenkonversionselement durch ein Plättchen mit einer Querschnittsform gebildet werden, die mehreckig und bevorzugt viereckig ist. Es sind aber auch andere Formen möglich. Besonders bevorzugt ist die Form des Wellenlängenkonversionselement an die Form eines Licht emittierenden Halbleiterchips angepasst, auf dem das
Wellenlängenkonversionselement im Licht emittierenden
Bauelement angeordnet wird. Hierbei kann das zumindest eine Wellenlängenkonversionselement eine Querschnittsfläche aufweisen, die im Wesentlichen der Leuchtfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips entspricht oder ein wenig, beispielsweise um nicht mehr als 10%, größer als die
Leuchtfläche des Halbleiterchips ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
Wellenlängenkonversionselement eine Mehrzahl von
Konverterelementen auf. Die Konverterelemente können im
Wellenlängenkonversionselement insbesondere entsprechend einer Anordnung von Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet sein, auf denen das Wellenlängenkonversionselement angeordnet wird. Die Konverterelemente können bevorzugt gleich oder zumindest ähnlich ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Justageträger bereitgestellt, der eine Auflagefläche aufweist. Die Auflagefläche ist derart ausgeführt, dass zumindest ein Konverterelement auf der Auflagefläche angeordnet werden kann. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Auflagefläche in einem Bereich, in dem das zumindest eine Konverterelement angeordnet wird, eben ausgebildet ist. Werden mehrere
Konverterelemente auf der Auflagefläche des Justageträgers angeordnet, weist der Justageträger bevorzugt eine
Auflagefläche auf, die entsprechend viele Bereiche aufweist, die dazu ausgebildet sind, dass die einzelnen
Konverterelemente auf diesen angeordnet werden können.
Insbesondere können der oder die Bereiche, in denen das zumindest eine oder eine Mehrzahl von Konverterelementen angeordnet werden, eben ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Justageträger auf der Auflagefläche zumindest ein Ausrichtelement auf, das dazu vorgesehen und eingerichtet ist, das zumindest eine Konverterelement in einer gewünschten Position auf dem
Justageträger und insbesondere auf der Auflagefläche
auszurichten. Soll zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements mit mehreren
Konverterelementen entsprechend eine Mehrzahl von
Konverterelementen auf dem Justageträger angeordnet werden, weist dieser auf der Auflagefläche eine entsprechende
Mehrzahl von Ausrichtelementen auf. Insbesondere können das eine oder die Mehrzahl der Ausrichtelemente auf der
Auflagefläche so angeordnet sein, dass die an diesen
ausgerichteten Konverterelemente Positionen aufweisen, die denjenigen Positionen entsprechen, die die Konverterelemente in einem Licht emittierenden Bauelement haben sollen.
Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Ausrichtelementen zellenförmig oder matrixförmig angeordnet sein. Entsprechend kann hieraus eine zellenförmige oder matrixförmige Anordnung von Konverterelementen auf dem Justageträger und auch
entsprechend im Wellenlängenkonversionselement folgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Ausrichtelement derart ausgeformt, dass das zumindest eine Konverterelement nach dem Anordnen auf der Auflagefläche und dem Ausrichten am Ausrichtelement durch das Ausrichtelement in zumindest einer und besonders bevorzugt in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen fixiert wird. Mit „lateralen Richtungen" werden hier und im Folgenden Richtungen bezeichnet, die in einer Ebene verlaufen, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Auflagefläche des Justageträgers ist. Eine „vertikale Richtung" bezeichnet entsprechend eine Richtung, die senkrecht zur Auflagefläche und somit auch senkrecht auf allen lateralen Richtungen steht. Dass das zumindest eine Konverterelement durch das zumindest eine Ausrichtelement in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen fixiert wird, kann somit insbesondere bedeuten, dass das auf der Auflagefläche angeordnete und ausgerichtete zumindest eine Konverterelement in zumindest zwei aufeinander senkrechten Richtungen, die parallel zur Auflagefläche verlaufen, durch das
Ausrichtelement an einer Verschiebung auf der Auflagefläche gehindert wird. Darüber hinaus kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das zumindest eine Konverterelement durch das Ausrichtelement nach dem Schritt des Ausrichtens gegen ein Verdrehen fixiert wird. Insbesondere wenn das zumindest eine Konverterelement nach dem Anordnen auf der Auflagefläche und dem Ausrichten am Ausrichtelement durch das Ausrichtelement in einer lateralen Richtung fixiert wird, ist das
Ausrichtelement zusätzlich so ausgebildet, dass das
Konverterelement nach dem Ausrichten durch das
Ausrichtelement auch gegen Verdrehungen fixiert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest eine Ausrichtelement durch eine Vertiefung in der Auflagefläche gebildet, in die das zumindest eine Konverterelement
eingelegt wird. Die Vertiefung kann insbesondere eine Form aufweisen, die zumindest teilweise einer Form des
Konverterelements entspricht und derart dimensioniert sein, dass das zumindest eine Konverterelement in die Vertiefung vollständig eingelegt werden kann. Vollständig bedeutet hierbei, dass das Konverterelement mit einer der
Auflagefläche zugewandten Fläche vollständig oder im
Wesentlichen vollständig auf der Auflagefläche in der
Vertiefung aufliegt. Hierbei ragt das Konverterelement aus der Vertiefung in einer vertikalen Richtung heraus. Mit anderen Worten weist die Vertiefung eine Tiefe auf, die kleiner als eine Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Besonders bevorzugt kann die Vertiefung eine Tiefe aufweisen, die kleiner oder gleich 5% einer Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Nach dem Ausrichten des Konverterelements in der Vertiefung können zumindest
Teile von Seitenflächen des Konverterelements an zumindest Teile von Seitenflächen der Vertiefung anstoßen, wodurch das Konverterelement in den zumindest zwei aufeinander
senkrechten lateralen Richtungen fixiert wird. Weist der Justageträger eine Mehrzahl von Ausrichtelementen auf, können diese insbesondere als voneinander getrennte Vertiefungen in der Auflagefläche ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zumindest eine Ausrichtelement eine Erhebung in der Auflagefläche auf, an die das zumindest eine Konverterelement in lateraler Richtung angelegt werden kann. Mit anderen Worten kann das
Konverterelement auf der Auflagefläche aufgesetzt werden und gegebenenfalls in einer lateralen Richtung derart verschoben werden, dass das Konverterelement an der Erhebung anstößt und dadurch in lateraler Richtung fixiert wird. Beispielsweise kann die Erhebung durch zumindest einen Steg gebildet werden. Insbesondere kann die Erhebung eine L-förmige Erhebung sein, die zwei bevorzugt zueinander senkrechte, in laterale
Richtungen verlaufende Stege aufweisen, durch die das
Konverterelement in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehende laterale Richtungen fixiert werden kann. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass die Erhebung U-förmig ausgebildet ist und somit durch drei Stege gebildet wird, die sich in lateralen Richtungen auf der Auflagefläche erstrecken und die das Konverterelement in drei lateralen Richtungen fixieren können. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Erhebung durch einen Rahmen gebildet wird, der einen Bereich umschließt, der, wie oben für die Vertiefung
beschrieben ist, der Form des zumindest einen
Konverterelements entspricht. Die Erhebung kann insbesondere eine Höhe aufweisen, die kleiner als eine Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Insbesondere kann die Erhebung eine Höhe aufweisen, die kleiner oder gleich 5% einer Dicke des zumindest einen Konverterelements ist. Das
Konverterelement kann nach dem Aufsetzen und Ausrichten an einem als Erhebung ausgebildeten Ausrichtelement somit in vertikaler Richtung über das Ausrichtelement hinausragen und somit in vertikaler Richtung überstehen.
Das zumindest eine Ausrichtelement kann insbesondere laterale Abmessungen aufweisen, die an die lateralen Abmessungen des zumindest einen Konverterelements derart angepasst sind, dass das zumindest eine Konverterelement während des Ausrichtens und nach dem Ausrichten bei üblichen Fertigungsschwankungen und -einflüssen mit einer Winkeltoleranz von weniger als 3° und bevorzugt von weniger als 1° verdreht werden kann. Das zumindest eine Ausrichtelement kann hierzu Seitenflächen aufweisen, an die das Konverterelement mit Seitenflächen nach dem Ausrichten anstößt und die in lateraler Richtung lang genug sind, um eine entsprechende Verdrehsicherheit zu gewährleisten .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Justageträger auf der Auflagefläche eine Mehrzahl von Ausrichtelementen zur Ausrichtung einer Mehrzahl von Konverterelementen auf. An jedem der Mehrzahl der Ausrichtelemente kann jeweils ein Konverterelement ausgerichtet werden. Mit anderen Worten kann für genau ein Konverterelement genau ein Ausrichtelement vorgesehen sein, an dem das entsprechende Konverterelement ausgerichtet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird Rahmenmaterial zur Bildung eines Rahmens auf den Justageträger aufgebracht.
Insbesondere wird das Rahmenmaterial lateral versetzt zum zumindest einen Konverterelement oder lateral versetzt zu jedem einer Mehrzahl von Konverterelementen aufgebracht. Mit anderen Worten wird das Rahmenmaterial neben dem einen oder den mehreren Konverterelementen auf dem Justageträger
aufgebracht. Insbesondere wird das Rahmenmaterial zur Bildung des Rahmens derart aufgebracht, dass das zumindest eine
Konverterelement zumindest teilweise lateral vom Rahmen in direktem Kontakt umschlossen wird und der Rahmen zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement ein zusammenhängendes Bauteil mit einer dem Justageträger zugewandten ersten
Hauptoberfläche und einer der ersten Hauptoberfläche
gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche bildet. Ist eine Mehrzahl von Konverterelementen auf dem Justageträger
vorhanden, kann durch das Aufbringen des Rahmenmaterials ein Rahmen gebildet werden, der jedes der Konverterelemente zumindest teilweise lateral in direktem Kontakt umschließt. Mit anderen Worten wird das Rahmenmaterial derart
aufgebracht, dass es an Seitenflächen des einen oder der mehreren Konverterelemente unmittelbar angrenzt und somit ein zusammenhängendes Bauteil mit dem zumindest einen oder den mehreren Konverterelementen bildet. Hierbei kann das
Rahmenmaterial bevorzugt ausschließlich lateral versetzt zum einen oder den mehreren Konverterelementen aufgebracht werden, sodass das zumindest eine Konverterelement oder die Mehrzahl der Konverterelemente auf der zweiten
Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements frei vom Rahmen bleibt. Da das zumindest eine Konverterelement auf der Auflagefläche des Justageträgers beim Aufbringen des
Rahmenmaterials aufliegt, bleibt das zumindest eine
Konverterelement auch auf der ersten Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements frei vom Rahmen. Besonders bevorzugt kann die zweite Hauptoberfläche des
Wellenlängenkonversionselements eine durchgängig ebene Fläche sein, die durch eine Oberfläche des Rahmens und durch eine Oberfläche des zumindest einen Konverterelements oder durch entsprechende Oberflächen einer Mehrzahl von
Konverterelementen gebildet wird.
Das Rahmenmaterial kann insbesondere ein nicht-transparentes Material sein, das bei einer Mehrzahl von Konverterelementen diese miteinander verbindet. Das Rahmenmaterial kann
insbesondere zwischen zwei benachbarten Konversionselementen fugenartig angeordnet sein. Das Rahmenmaterial kann somit insbesondere bewirken, dass die Konversionselemente dauerhaft zusammengehalten werden, so dass das fertiggestellte
Wellenlängenkonversionselement eine selbsttragende Einheit bildet, die ohne zusätzlichen Träger und ohne zusätzliches Substrat weiterverarbeitet werden kann. Dadurch, dass das Rahmenmaterial nicht-transparent ist, kann ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Konverterelementen
verhindert werden. Besonders bevorzugt kann das
Rahmenmaterial reflektierend, insbesondere weiß
reflektierend, sein. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass das Rahmenmaterial zumindest teilweise transparent oder vollständig transparent ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Rahmenmaterial ein Kunststoffmaterial auf, etwa Silikon oder Epoxid oder ein anderes vorab in Verbindung mit dem Konverterelement
beschriebenes Material. Das Rahmenmaterial kann
beispielsweise durch Gießen („casting"), ein Fomverfahren („molding") wie beispielsweise Formpressen („compression molding") oder Spritzen („jetting") in einer viskosen Form aufgebracht werden. Beispielsweise durch Aushärten des
Kunststoffmaterials kann dann der Rahmen gebildet werden. Das so gebildete Wellenlängenkonversionselement kann anschließend vom Justageträger abgenommen werden. Das Kunststoffmaterial kann selbst nicht-transparent sein. Alternativ dazu kann das Kunststoffmaterial an sich auch zumindest teilweise
transparent sein. Insbesondere in diesem Fall weist das
Rahmenmaterial, wenn es nicht-transparent sein soll, eine Beimischung eines weiteren Materials, beispielsweise in Form von Partikeln, auf, das bewirkt, dass der Rahmen nicht¬ transparent ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Rahmenmaterial Strahlungsreflektierende Partikel auf, die im
Kunststoffmaterial angeordnet sind und die einen vom
Kunststoffmaterial unterschiedlichen Brechungsindex
aufweisen. Anstelle oder zusätzlich zu den Partikeln kann das Kunststoffmaterial auch Poren, beispielsweise Luft gefüllte Poren, aufweisen. Die Partikel können mit zumindest einem oder mehreren der Materialien T1O2, ZrÜ2, ZnO, AI2O3, BaSC^, MgO, Ta205, Hf02, Gd203, Nb203, Y2O3 gebildet sein oder
zumindest eines oder mehrere dieser Materialien enthalten. Die Konzentration der Strahlungsreflektierenden Partikel im Grundmaterial kann bevorzugt größer oder gleich 10 Gew.-% und bevorzugt größer oder gleich 20 Gew.-% sein. Dabei können die Strahlungsreflektierenden Partikel innerhalb des
Kunststoffmaterials bevorzugt gleichmäßig verteilt sein. Das Kunststoffmaterial und die Strahlungsreflektierenden Partikel können derart gewählt sein, dass das Rahmenmaterial und damit der Rahmen aufgrund seiner Reflexionseigenschaften für einen Betrachter weiß erscheint.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
Wellenlängenkonversionselement auf der ersten Hauptoberfläche eine Oberflächenstruktur auf, die durch das zumindest eine Ausrichtelement des Justageträgers bewirkt wird. Wird das zumindest eine Ausrichtelement beispielsweise durch eine Vertiefung gebildet, so kann das zumindest eine
Konverterelement auf der ersten Hauptoberfläche des
Wellenlängenkonversionselements aus dem Rahmen herausragen. Wird das zumindest eine Ausrichtelement durch eine Erhebung auf der Auflagefläche des Justageträgers gebildet, kann das
Wellenlängenkonversionselement auf der ersten Oberfläche eine entsprechende Vertiefung aufweisen, deren Form einem Abdruck des zumindest einen Ausrichtelements im Rahmen entspricht. Die Vertiefung kann je nach Form des entsprechenden
Ausrichtelements ein Konverterelement teilweise oder
vollständig in lateraler Richtung umgeben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zumindest eine Konverterelement in lateraler Richtung vollständig vom Rahmen umschlossen und kann dabei teilweise oder vollständig wie vorab beschrieben aus dem Rahmen auf der ersten
Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselements
herausragen. Alternativ hierzu kann das zumindest eine
Konverterelement auf zumindest einer Seitenfläche frei vom Rahmen bleiben. Mit anderen Worten kann es möglich sein, dass das Rahmenmaterial zur Bildung des Rahmens nicht an alle Seitenflächen des zumindest einen Konvertermaterials
angeformt wird. Wird zumindest ein plättchenförmiges
Konverterelement mit einem viereckigen Querschnitt und somit vier Seitenflächen verwendet, so kann es entsprechend möglich sein, dass das Rahmenmaterial und somit auch der Rahmen an drei oder vier Seitenflächen direkt an das Konverterelement angrenzt .
Das Wellenlängenkonversionselement kann somit zumindest ein Konverterelement und einen Rahmen aufweisen, der zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement ein zusammenhängendes Bauteil bildet und der das zumindest eine Konverterelement zumindest teilweise lateral umgibt, wobei das
Wellenlängenkonversionselement eine erste Hauptoberfläche und eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist. Die zweite Hauptoberfläche des Wellenlängenkonversionselement kann insbesondere eine
durchgängig ebene Fläche sein, die durch eine Oberfläche des Rahmens und durch eine Oberfläche des zumindest einen
Konverterelements gebildet wird. Weiterhin kann das
Wellenlängenkonversionselement in der ersten Hauptoberfläche eine Oberflächenstruktur aufweisen, die zumindest teilweise durch einen an das Konverterelement angrenzenden Bereich des Rahmens gebildet wird, in dem der Rahmen eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement aufweist. Je nach verwendetem Ausrichtelement kann der Bereich mit der
geringeren Dicke das zumindest eine Konverterelement
vollständig umgeben. Mit anderen Worten kann der Rahmen durchgängig eine geringere Dicke als das zumindest eine
Konverterelement aufweisen. Weiterhin kann der Bereich beispielsweise eine L-artige, eine U-artige oder eine
umlaufende Grabenform aufweisen, die an zwei oder mehr
Seitenflächen lateral an das zumindest eine Konverterelement angrenzt. Dadurch, dass der Rahmen einen Bereich mit einer geringeren Dicke als das zumindest eine Konverterelement angrenzend an das Konverterelement aufweist, weist das zumindest eine Konverterelement angrenzend an dem Bereich zumindest eine Seitenfläche auf, die teilweise frei vom
Rahmen ist. Der Bereich mit der geringeren Dicke kann
insbesondere eine Dicke aufweisen, die kleiner als 100% und größer oder gleich 95% der Dicke des zumindest einen
Konverterelements ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements zumindest ein Licht emittierender Halbleiterchip bereitgestellt. Das
Wellenlängenkonversionselement wird derart auf dem zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet, dass das zumindest eine Konverterelement des
Wellenlängenkonversionselements auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip angeordnet wird. Weist das Licht emittierende Bauelement eine Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips auf, weist auch das
Wellenlängenkonversionselement bevorzugt eine entsprechend gleiche Mehrzahl von Konverterelementen auf, deren Positionen in lateraler Richtung im Wellenlängenkonversionselement den Positionen der Licht emittierenden Halbleiterchips entsprechen. Das Wellenlängenkonversionselement wird derart auf der Mehrzahl der Licht emittierenden Halbleiterchips angeordnet, dass jeweils genau ein Konverterelement des
Wellenlängenkonversionselements auf einem der Licht
emittierenden Halbleiterchips angeordnet wird. Das Licht emittierende Bauelement weist somit auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip oder einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips das
Wellenlängenkonversionselement auf, wobei das zumindest eine Konverterelement oder eine Mehrzahl von Konverterelementen auf dem einen oder der Mehrzahl der Licht emittierenden
Halbleiterchips angeordnet ist.
Entsprechend der vorab beschriebenen Ausführungsformen wird vorliegend die Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements mit einem oder mehreren
Konverterelementen ermöglicht, die im Vergleich zu bekannten vergleichbaren Lichtquellen auf einzelnen Licht emittierenden Halbleiterchips mit einer verbesserten Genauigkeit in Bezug auf eine relative Verdrehung zueinander platziert werden können. Der Justageträger mit dem zumindest einen oder der Mehrzahl von Ausrichtelementen bildet hierbei wie beschrieben ein Raster, an dem das zumindest eine oder die Mehrzahl von Konverterelementen in einer gewünschten Anordnung
ausgerichtet werden können. Die gewünschte Anordnung kann insbesondere einer Anordnung von Licht emittierenden
Halbleiterchips in einem Licht emittierenden Bauelement entsprechend. Somit kann ohne eine direkte Montage der
Konverterelemente auf dem Licht emittierenden Halbleiterchips die Anordnungskonfiguration der Licht emittierenden
Halbleiterchips auf die Konverterelemente übertragen werden, so dass die Fertigungstoleranzen bei einer direkten
Einzelmontage der Konverterelemente vermieden werden können. Durch die separate Ausrichtung des zumindest einen Konverterelements oder einer Mehrzahl von Konverterelementen zueinander können insbesondere als mögliche Fehlerquellen eine Abhängigkeit von der Positionierungsgenauigkeit und einer Verdrehung sowie ein „Verschwimmen" der
Konverterelemente bei den Prozessen nach dem Aufbringen auf den Chip wie etwa ein Transport zum Aushärten eliminiert werden .
Durch das Aufbringen des Rahmenmaterials auf mehreren Seiten des oder der Konverterelemente, im Falle von viereckigen Konverterelementen auf mindestens drei Seiten, und durch Verfüllen der Zwischenräume zwischen den Konverterelementen kann ein durch Aushärten ein Rahmen gebildet werden, in dem das oder die Konverterelemente korrekt ausgerichtet sind. Das Wellenlängenkonversionselement mit dem oder den
ausgerichteten Konverterelementen wird als Verbund im Rahmen auf einen oder mehrere vorbestückte Halbleiterchips
aufgebracht und befestigt. Beispielsweise kann das
Wellenlängenkonversionselement auf dem oder den
Halbleiterchips aufgeklebt werden. Alternativ oder zusätzlich kann nach dem Aufsetzen des Wellenlängenkonversionselements ein Verfüllen mit einem weiteren bevorzugt reflektierenden, insbesondere weiß reflektierenden Material erfolgen.
Durch die hier beschriebenen Verfahren und Gegenstände wird ein Licht emittierendes Bauelement mit einem oder mehreren Halbleiterchips ermöglicht, bei dem zugleich ein hoher
Kontrast zwischen den einzelnen Leuchtflächen bestehen kann und das Risiko von Verdrehung der Konverterelemente zur
Shutterkante sowie zueinander reduziert ist. Die
Platziergenauigkeit der Konverterelemente ist hierbei
ausschließlich durch die Ablagegenauigkeit des Wellenlängenkonversionselements bestimmt, da die Positionierung der Konverterelemente getrennt vom LED- Herstellungsprozess erfolgt. Selbst eine absolute Verdrehung des Wellenlängenkonversionselements kann hierbei kompensiert werden, da der Verdrehvektor eines Ecks bei gegebenem
Verdrehwinkel umso größer ist, je länger die zu drehende Kante ist. Somit ist der Verdrehwinkel bei gleichem
Verdrehvektor beim Wellenlängenkonversionselement im
Vergleich zu den einzeln platzierten Konverterelementen entsprechend kleiner.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figuren 1A bis 1F schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 2A bis 2G schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 3A bis 3G schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 4A und 4B schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 5A bis 5D schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 6A und 6B schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 7A bis 7D schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figuren 8A bis 8C schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. 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 sein.
In den Figuren 1A bis 1F sind Verfahrensschritte eines
Verfahrens zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements 100 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt wird hierbei ein Justageträger 1
bereitgestellt, der als Raster zur Anordnung und Ausrichtung zumindest eines Konverterelements 2 vorgesehen und eingerichtet ist. Der Justageträger 1 sowie das
fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 sind in den Figuren 1A bis 1F jeweils als Ausschnitt mit einem
Ausrichtelement 11 beziehungsweise einem Konverterelement 2 gezeigt. Entsprechend kann mittels des beschriebenen
Verfahrens beispielsweise ein Wellenlängenkonversionselement 100 mit genau einem Konverterelement 2 hergestellt werden. Alternativ hierzu kann auch ein
Wellenlängenkonversionselement 100 mit einer Mehrzahl von Konverterelementen 2 hergestellt werden, wie sich auch in nachfolgenden Figuren gezeigt sind.
In den Figuren 1A und 1B ist in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht ein Ausschnitt des Justageträgers 1
gezeigt, der auf einer Auflagefläche 10 ein Ausrichtelement 11 aufweist, das zur Anordnung und Ausrichtung des
Konverterelements 2 dient. In den Figuren 1A und 1B sind weiterhin der Erläuterung dienend laterale Richtungen 90, die parallel zur Haupterstreckungsebene der Auflagefläche 10 verlaufen, und eine vertikale Richtung 91, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Auflagefläche 10 steht,
angedeutet. Das Ausrichtelement 11 ist im gezeigten
Ausführungsbeispiel als Vertiefung in der Auflagefläche 10 ausgebildet. Die laterale Querschnittform der Vertiefung, also der in der Aufsicht der Figur 1B erkennbare Querschnitt, entspricht, wie im Folgenden in Verbindung mit den Figuren IC und 1D näher erläutert wird, der Querschnittsform des
Konverterelements 2.
Das Konverterelement 2 ist als vorgefertigtes Plättchen ausgebildet und weist wie das Ausrichtelement 11 im gezeigten Ausführungsbeispiel rein beispielhaft eine quadratische Querschnittsform in lateraler Richtung auf. Entsprechend weist das Konverterelement 2 zwei sich gegenüberliegende quadratische Oberflächen auf, die durch Seitenflächen
miteinander verbunden sind. Die Form des Konverterelements 2 richtet sich dabei besonders bevorzugt nach der Form der
Leuchtfläche eines Licht emittierenden Halbleiterchips, auf den das Wellenlängenkonversionselement 100 und damit
insbesondere das Konverterelement 2 aufgebracht werden soll. Somit können die Form des Konverterelements 2 sowie
dementsprechend auch die Form des Ausrichtelements 11 des Justageträgers 1 von der gezeigten quadratischen Form
abweichen .
Das Konverterelement 2 weist einen oder mehrere
Wellenlängenkonversionsstoffe auf. Hierbei kann das
Konverterelement 2 wie oben im allgemeinen Teil beschrieben den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe in einem
Matrixmaterial aufweisen, das einen Kunststoff, ein
Keramikmaterial oder ein Glasmaterial aufweisen oder sein kann.
Wie in den Figuren IC und 1D in einer Schnittdarstellung und einer Aufsicht gezeigt ist, wird das Konverterelement 2 auf der Auflagefläche 10 angeordnet und am Ausrichtelement 11 ausgerichtet. Hierzu wird das Konverterelement 2 in die das Ausrichtelement 11 bildende Vertiefung eingesetzt. Weist die Vertiefung einen größeren lateralen Querschnitt, also
zumindest eine oder mehrere größere laterale Abmessungen, als das Konverterelement 2 auf, wird das Konverterelement 2 beispielsweise in die beiden in Figur 1D gezeigten lateralen Richtungen 90 verschoben, bis die Seitenflächen des
Konverterelements 2 die entsprechenden Seitenflächen des Ausrichtelements 11, also im gezeigten Ausführungsbeispiel Seitenflächen der Vertiefung, berühren und das
Konverterelement 2 so vom Ausrichtelement 11 in den beiden gezeigten senkrecht aufeinander stehenden lateralen
Richtungen 90 fixiert wird. Weist die das Ausrichtelement 11 bildende Vertiefung laterale Abmessungen auf, die im
Wesentlichen den lateralen Abmessungen des Konverterelements 2 entsprechen und die nach dem Einsetzen in die Vertiefung kein weiteres laterales Verschieben erlauben, kann es auch möglich sein, dass das Ausrichtelement 11 das
Konverterelement 2 in mehr als zwei lateralen Richtungen fixiert. Das Ausrichtelement 11 ist insbesondere derart an die lateralen Abmessungen des Konverterelements 2 angepasst, dass das Konverterelement 2 während des Ausrichtens und nach dem Ausrichten bei üblichen Fertigungsschwankungen und
-einflüssen mit einer Winkeltoleranz von weniger als 3° und bevorzugt von weniger als 1° und besonders bevorzugt
überhaupt nicht verdreht werden kann. Das Ausrichtelement 11 weist hierzu wie beschrieben Seitenflächen auf, an die das Konverterelement 2 mit dessen Seitenflächen nach dem
Ausrichten anstößt und die in lateraler Richtung entsprechend geformt sind, um eine entsprechende Verdrehsicherheit zu gewährleisten .
Die das Ausrichtelement 11 bildende Vertiefung weist eine Tiefe in vertikaler Richtung auf, die kleiner als die Dicke des Konverterelements 2 in vertikaler Richtung ist.
Insbesondere ist die Tiefe der Vertiefung kleiner oder gleich 5% und größer als 0% der Dicke des Konverterelements 2, so dass das Konverterelement 2 zu mindestens 95% aus der
Vertiefung herausragt und somit zu zumindest 95% das
Ausrichtelement 11 in vertikaler Richtung überragt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird, wie in Figur IE gezeigt ist, ein Rahmenmaterial 30 auf dem Justageträger 1 lateral neben dem Konverterelement 2 und in direktem Kontakt zu Seitenflächen des Konverterelements 2 aufgebracht. Das Rahmenmaterial 30 kann insbesondere einen Kunststoff
aufweisen oder ein Kunststoff sein, der beispielsweise mittels Gießens, Spritzens oder eines Formverfahrens
aufgebracht werden kann. Je nach verwendetem Verfahren zum Aufbringen des Rahmenmaterials 30 kann der Justageträger 1 ein geeignetes Material, beispielsweise einen Kunststoff, ein Keramikmaterial, ein Glasmaterial oder ein Metall aufweisen oder daraus sein. Im Falle eines Formverfahrens kann der Justageträger 1 insbesondere Teil eines Formwerkzeugs sein oder zumindest geeignet sein, in ein Formwerkzeug eingelegt zu werden.
Durch Aushärten des Rahmenmaterials 30, also insbesondere des Kunststoffmaterials des Rahmenmaterials 30, wird ein Rahmen 3 gebildet, der das Konverterelement 2 zumindest teilweise, im gezeigten Ausführungsbeispiel sogar vollständig, lateral in direktem Kontakt umschließt. Das entsprechend fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 ist in Figur IE nach dem Entnehmen aus dem Justageträger gezeigt. Der Rahmen 3 bildet zusammen mit dem Konverterelement 2 ein zusammenhängendes Bauteil mit einer vor dem Entnehmen aus dem Justageträger 1 dem Justageträger 1 zugewandten ersten Hauptoberfläche 101 und einer der ersten Hauptoberfläche 101 gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche 102. Das Rahmenmaterial 30 und damit der Rahmen 3 sind bevorzugt nicht-transparent und besonders bevorzugt reflektierend.
Insbesondere ist ein weiß reflektierender Rahmen 3 besonders vorteilhaft. Hierzu können das Rahmenmaterial 30 und damit auch der Rahmen 3 im Kunststoffmaterial Partikel wie oben im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen. Rein beispielhaft kann das Rahmenmaterial 30 und damit entsprechend nach dem Aushärten der Rahmen 3 als Kunststoffmaterial Silikon und als Partikel Ti02~Partikel aufweisen. Die Partikel können homogen im Kunststoff verteilt sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass in Bereichen angrenzend an das Konverterelement 2 die Konzentration von Partikeln höher ist als in Bereichen, die lateral weiter entfernt vom Konverterelement 2 sind. In diesem Fall kann es auch möglich sein, dass der Rahmen 3 um das Konverterelement 2 nicht-transparent ist und um diesen nicht-transparenten Bereich herum wiederum transparent.
Alternativ hierzu kann der Rahmen 3 auch vollständig
transparent sein.
Das Konverterelement 2 ist auf der ersten und zweiten
Hauptoberfläche 101, 102 des Wellenlängenkonversionselements 100 jeweils frei vom Rahmen 3, wobei die zweite
Hauptoberfläche 102 des Wellenlängenkonversionselements 100 bevorzugt wie gezeigt eine durchgängig ebene Fläche ist, die durch die entsprechende Oberfläche des Rahmens 3 und durch die entsprechende Oberfläche des Konverterelements 2 gebildet wird. Auf der ersten Hauptoberfläche 101 weist das
Wellenlängenkonversionselement 100 eine Oberflächenstruktur auf, die durch das Ausrichtelement 11 des Justageträgers 1 bewirkt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ragt das
Konverterelement 2 aufgrund der Ausbildung des
Ausrichtelements 11 als Vertiefung auf der ersten
Hauptoberfläche 101 des Wellenlängenkonversionselements 100 aus dem Rahmen 3 heraus und ist zu einem Bereich 31 des
Rahmens direkt benachbart ist, der eine geringere Dicke als das Konverterelement 2 aufweist. Der Bereich 31 umschließt hierbei das Konverterelement 2. Das Konverterelement 2 bildet somit eine inselartige Erhöhung in der ersten Hauptoberfläche 101. Entsprechend der Tiefe des Ausrichtelements 11 des Justageträgers 1 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel der Bereich 31 und insbesondere durchgängig der gesamte Rahmen 3 eine Dicke auf, die kleiner als 100% und größer oder gleich 95% der Dicke des Konverterelements 2 ist.
Die in den nachfolgenden Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiele bilden Weiterentwicklungen oder
Modifikationen des in den Figuren 1A bis 1F gezeigten
Ausführungsbeispiels. Die Beschreibung nachfolgender
Ausführungsbeispiele beschränkt sich daher im Wesentlichen auf Unterschiede zu vorherigen Ausführungsbeispielen. In den Figuren 2A bis 2G sind Verfahrensschritte für ein Verfahren zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Justageträger 1 im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel als
Ausrichtelement 11 eine Erhebung auf der Auflagefläche 10 aufweist, wie in den Figuren 2A und 2B in einer
Schnittdarstellung und in einer Aufsicht gezeigt ist. Wie in den Figuren 2C und 2D ebenfalls in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht gezeigt ist, wird das Konverterelement 2 auf der Auflagefläche 10 aufgesetzt und gegebenenfalls in lateraler Richtung derart verschoben, dass das
Konverterelement 2 an der Erhebung anstößt und dadurch in lateraler Richtung 90 fixiert wird. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Erhebung als L-förmige Erhebung ausgebildet, die zwei zueinander senkrechte, in laterale Richtungen verlaufende Stege aufweist, durch die das
Konverterelement 2 in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehende laterale Richtungen 90 fixiert werden kann. Die Stege können auch beabstandet zueinander ausgebildet sein. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass die Erhebung U-förmig ausgebildet ist und somit durch drei Stege gebildet wird, die sich in lateralen Richtungen auf der Auflagefläche 10 erstrecken und die das Konverterelement 2 in drei
lateralen Richtungen fixieren können. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Erhebung eine Rahmenform aufweist, die einen Bereich auf der Auflagefläche 10 umschließt, der, wie oben für die Vertiefung beschrieben ist, der Form des zumindest einen Konverterelements 2 entsprechen kann. Weist das Konverterelement 2 eine andere laterale Querschnittsform als die gezeigte quadratische Form auf, kann die Erhebung auch entsprechend anders geformt ausgebildet sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Erhebung in der
Auflagefläche 10 anstelle der gezeigten Wulst-artigen Form durch eine entsprechend verlaufende Stufe gebildet wird.
Die Erhebung weist eine Höhe auf, die kleiner als eine Dicke des zumindest einen Konverterelements 2 ist. Insbesondere kann die Erhebung eine Höhe aufweisen, die kleiner oder gleich 5% einer Dicke des zumindest einen Konverterelements 2 ist. Das Konverterelement 2 kann nach dem Aufsetzen und
Ausrichten an dem als Erhebung ausgebildeten Ausrichtelement 11 somit in vertikaler Richtung über das Ausrichtelement 11 hinausragen und somit in vertikaler Richtung um mindestens 95% überstehen.
Wie in Verbindung mit der Figur IE beschrieben ist, wird in einem folgenden Verfahrensschritt, der in Figur 2E gezeigt ist, ein Rahmenmaterial 30 zur Bildung des Rahmens 3
aufgebracht und ausgehärtet. Das fertiggestellte
Wellenlängenkonversionselement 100 ist in den Figuren 2F und 2G in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht auf die erste Hauptoberfläche 102 gezeigt.
Im Vergleich zum in Figur 1F gezeigten
Wellenlängenkonversionselement 100 weist das in den Figuren 2F und 2G gezeigte Wellenlängenkonversionselement 100 auf der ersten Hauptoberfläche 101 einen Bereich 31 auf, der durch eine Vertiefung gebildet wird, deren Form einem Abdruck des Ausrichtelements 11 im Rahmen 3 entspricht. Der Bereich 31 kann je nach Form des Ausrichtelements 11 das
Konverterelement 2 wie gezeigt L-förmig und damit teilweise umgeben. Bei einer alternativen Ausbildung des
Ausrichtelements 11 in Rahmenform kann der Bereich 31 das Konverterelement 2 auch vollständig in lateraler Richtung umschließen. Das Wellenlängenkonversionselement 100 des
Ausführungsbeispiels der Figuren 2A bis 2G weist somit als zweite Hauptoberfläche 102 eine durchgängig ebene Fläche auf, die durch eine Oberfläche des Rahmens 3 und durch eine
Oberfläche des Konverterelements 2 gebildet wird, während eine Oberflächenstruktur in der ersten Hauptoberfläche 101 vorhanden ist, die zumindest teilweise durch einen an das Konverterelement angrenzenden Bereich 31 des Rahmens 3 gebildet wird, wobei der Rahmen 3 in dem Bereich 31 eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement 2 aufweist. Insbesondere kann entsprechend der Höhe des
Ausrichtelements 11 des Justageträgers 1 der Rahmen 3 in dem Bereich 31 eine Dicke aufweisen, die größer oder gleich 95% und kleiner als 100% der Dicke des Konverterelements 2 ist. Außerhalb des Bereichs 31 weist der Rahmen 3 eine Dicke auf, die der Dicke des Konverterelements 2 entspricht.
In den Figuren 3A bis 3G sind Verfahrensschritte eines
Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die den in Verbindung mit den in den Figuren 1A bis 1F beschriebenen Verfahrensschritten entsprechen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der
Figuren 1A bis 1F weist der Justageträger 1 eine Mehrzahl von zellenförmig nebeneinander angeordneten Ausrichtelementen 11 auf (Figuren 3A und 3B) , an denen eine entsprechende Mehrzahl von Konverterelementen 2 ausgerichtet werden kann (Figur 3C) . Rein beispielhaft ist eine Anzahl von vier Ausrichtelementen 11 und entsprechend eine Anzahl von vier Konverterelementen 2 gezeigt. Dadurch kann, wie in den Figuren 3D und 3E gezeigt ist, durch Aufbringen und Aushärten des Rahmenmaterials 30 ein Rahmen 3 gebildet werden, der die Konverterelemente 2 lateral in direktem Kontakt umschließt und dabei die
Zwischenräume zwischen den Konverterelementen 2 vollständig verfüllt, so dass das Wellenlängenkonversionselement 11 wie in den Figuren 3F und 3G gezeigt ein zusammenhängendes
Bauteil mit den vom Rahmen 3 lateral umschlossenen
Konverterelementen 2 ist.
Alternativ zu der gezeigten Anzahl von Ausrichtelementen 11 und Konverterelementen 2 sowie alternativ zur Ausbildung der Ausrichtelemente 11 als Vertiefungen sind auch andere
Konfigurationen möglich. In den Figuren 4A und 4B sind in ausschnittsweisen Aufsichten der Justageträger 1 (Figur 4A) und das fertiggestellte Wellenlängenkonversionselement 100 (Figur 4B) gemäß Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei denen eine Mehrzahl von matrixförmig angeordneten Ausrichtelementen 11 beziehungsweise Konverterelementen 2 vorhanden ist, wobei die Ausrichtelemente 11 wie in Verbindung mit dem in den Figuren 2A bis 2G gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben als
Erhebungen ausgebildet sind.
In den Figuren 5A bis 5D ist ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Bauelements 1000 gezeigt, bei dem ein Wellenlängenkonversionselement 100, das gemäß den
beschriebenen Verfahren hergestellt wird, verwendet wird.
Das Licht emittierende Bauelement weist, wie in Figur 5A in einer Schnittdarstellung und in Figur 5B in einer Aufsicht gezeigt ist, eine Mehrzahl von Licht emittierenden
Halbleiterchips 200 auf. Rein beispielhaft sind vier
Halbleiterchips 200 gezeigt, die in einem Gehäuse 300 oder auf einem anderen geeigneten Träger in einer gewünschten Anordnung fertig montiert und elektrisch angeschlossen sind. Beispielsweise kann es sich bei den Halbleiterchips 200 um oberflächenmontierbare Halbleiterchips handeln, die durch Auflöten montiert und elektrisch angeschlossen werden können. Die dem Gehäuse 300 abgewandten Oberseiten der
Halbleiterchips 200 bilden die Leuchtflächen, über die im
Betrieb beispielsweise blaues Licht abgestrahlt werden kann. Die Halbleiterchips 200, die rein beispielhaft einen
quadratischen Querschnitt aufweisen, können beispielsweise laterale Kantenlängen von größer oder gleich 100 ym und kleiner oder gleich 2 mm aufweisen. Es können auch kleinere Kantenlängen möglich sein, beispielsweise im Bereich von größer oder gleich 10 ym. Besonders bevorzugte Kantenlängen können zum Beispiel 500 ym oder 750 ym oder 1 mm oder etwa 1,5 mm sein. Der Abstand zwischen den Halbleiterchips 200 kann je nach Anwendung beispielsweise größer oder gleich 50 ym und kleiner oder gleich 150 ym sein. Ein besonders
bevorzugter Abstand kann beispielsweise etwa 100 ym sein. Licht emittierende Halbleiterchips sowie Gehäuse oder andere Träger hierfür sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter erläutert.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in einer
Schnittdarstellung in Figur 5C und in einer Aufsicht in Figur 5D gezeigt ist, wird das Wellenlängenkonversionselement 100 auf den Halbleiterchips 200 aufgebracht. Das
Wellenlängenkonversionselement 100 weist eine Anzahl und Anordnung von Konverterelementen 2 auf, die der Anzahl und Anordnung der Halbleiterchips 200 entspricht, wobei die
Konverterelemente 2 einen lateralen Querschnitt aufweisen, der im Wesentlichen dem lateralen Querschnitt der
Halbleiterchips 2 entspricht. Hierbei können die lateralen Abmessungen der Konverterelemente 2 auch etwas größer als die lateralen Abmessungen der Halbleiterchips 200 sein, wobei dann der Abstand zwischen benachbarten Konverterelementen 2 im Wellenlängenkonversionselement 100 entsprechend kleiner als der entsprechende Abstand der Halbleiterchips 200 ist und beispielsweise größer oder gleich 50 ym und kleiner oder gleich 70 ym sein kann.
Das Wellenlängenkonversionselement 100 wird mit der ersten Hauptoberfläche 101 derart auf den Halbleiterchips 200 aufgebracht, dass jedes der Konverterelemente 2 auf genau einem der Halbleiterchips 200 angeordnet wird. Beispielsweise können die Konverterelemente 2 und damit das
Wellenlängenkonversionselement 100 auf den Halbleiterchips 200 mittels eines geeigneten Klebstoffs aufgeklebt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Konverterelemente 2 derart ausgebildet, dass ein Teil des von den Halbleiterchips 200 im Betrieb erzeugten blauen Lichts in Licht im gelben und/oder grünen und/oder roten Spektralbereich konvertiert wird, so dass das Licht emittierende Bauelement 1000 im Betrieb weißes Licht abstrahlen kann. Beispielsweise kann das Licht emittierende Bauelement 1000 als Scheinwerfer oder Scheinwerferelement ausgebildet sein. Durch eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Halbleiterchips 200 kann eine gewünschte Abstrahlcharakteristik erzeugt werden. Da die Konverterelemente 2 im Rahmen der Herstellung des
Wellenlängenkonversionselements 100 unabhängig von den
Halbleiterchips 200 und damit verbundenen
Fertigungsschwankungen korrekt ausgerichtet werden können, kann ein unerwünschtes individuelles Verdrehen der einzelnen Konverterelemente 2 zueinander oder zum Bauelement 1000 an sich vermieden werden, so dass sich eine durchgehende
leuchtende Kante ergeben kann. Wie in den Figuren 6A und 6B in einer Schnittdarstellung und einer Aufsicht gezeigt ist, kann gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel das Gehäuse 300 nach dem Aufbringen des Wellenlängenkonversionselements 100 mit einem weiteren, bevorzugt reflektierenden, insbesondere weiß reflektierenden Material 400 bis zur Oberkante des
Wellenlängenkonversionselements 100, also bis zur zweiten Hauptoberfläche 102 verfüllt werden. Das weitere Material kann beispielsweise wie das Rahmenmaterial des
Wellenlängenkonversionselements 100 ausgebildet sein oder ein anderes, oben im allgemeinen Teil in Verbindung mit dem
Rahmenmaterial beschriebenes Material aufweisen oder daraus sein .
Die in den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen
gezeigten Wellenlängenkonversionselemente 100 weisen jeweils vollständig vom Rahmen 3 umschlossene Konverterelemente 2 auf. Alternativ hierzu können, wie in den Figuren 7A bis 7D gezeigt ist, die Konverterelemente 2 auf einer Seitenfläche frei vom Rahmen 3 bleiben und somit nur auf drei Seitenflächen vom Rahmen 3 umschlossen sein. Ein solches Wellenlängenkonversionselement 100 kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Halbleiterchips, auf denen das Wellenlängenkonversionselement 100 angeordnet werden soll, einen oberseitigen Anschlussbereich, beispielsweise für einen Bonddraht, aufweisen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Bauelement 1000 mit solchen
Halbleiterchips 200 ist in den Figuren 8A bis 8C gezeigt.
In Figur 8A ist das Gehäuse 300 mit den Halbleiterchips 200 in einer Aufsicht dargestellt. Die Halbleiterchips 200 weisen, angedeutet durch die gestrichelte Linie, einen
Anschlussbereich 201 auf, in dem die Halbleiterchips 200 durch Bonddrähte (nicht gezeigt) kontaktiert werden. Wird das in Verbindung mit den Figuren 7A bis 7D beschriebene
Wellenlängenkonversionselement 100 aufgebracht, wie in den Figuren 8B und 8C in einer Schnittdarstellung und in einer Aufsicht gezeigt ist, können die Anschlussbereiche 201 frei und unbedeckt vom Wellenlängenkonversionselement 100 bleiben, so dass die Bonddrahtverbindungen in diesen Bereichen nicht vom Wellenlängenkonversionselement 100 beschädigt werden. Nach dem Aufbringen des Wellenlängenkonversionselements 100 kann, wie in Verbindung mit den Figuren 6A und 6B beschrieben ist, ein Verfüllen mit einem weiteren Material erfolgen.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren
beschriebenen Ausführungsbeispiele alternative oder zusätzliche 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.
Bezugs zeichenliste
1 Justageträger
2 Konverterelement
3 Rahmen
10 Auflägefläche
11 Ausrichtelernent
30 Rahmenmaterial
31 Bereich
90 laterale Richtung
91 vertikale Richtung
100 Wellenlängenkonversionselement
101 erste Hauptoberfläche
102 zweite Hauptoberfläche
200 Licht emittierender Halbleiterchip
201 Anschlussbereich
300 Gehäuse
400 Material
1000 Licht emittierendes Bauelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines
Wellenlängenkonversionselements (100) mit zumindest einem Konverterelement (2) mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Justageträgers (1) mit einer
Auflagefläche (10) mit zumindest einem Ausrichtelement (11) ,
B) Anordnen des zumindest einen Konverterelements (2) auf der Auflagefläche (10) und Ausrichten des zumindest einen
Konverterelements (2) am Ausrichtelement (11), wobei das Ausrichtelement (11) derart ausgeformt ist, dass das Konverterelement (2) durch das Ausrichtelement (11) in zumindest zwei senkrecht aufeinander stehenden lateralen Richtungen (90) fixiert wird,
C) Aufbringen eines Rahmenmaterials (30) zur Bildung eines
Rahmens (3) , so dass das zumindest eine Konverterelement (2) zumindest teilweise lateral vom Rahmen (3) in direktem Kontakt umschlossen ist und der Rahmen (3) zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement (2) ein zusammenhängendes Bauteil mit einer dem
Justageträger (1) zugewandten ersten Hauptoberfläche (101) und einer der ersten Hauptoberfläche (101)
gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche (102) bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die zweite Hauptoberfläche (102) des
Wellenlängenkonversionselements (100) eine durchgängig ebene Fläche ist, die durch eine Oberfläche des Rahmens (3) und durch eine Oberfläche des zumindest einen
Konverterelements (2) gebildet wird, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) eine
Oberflächenstruktur in der ersten Hauptoberfläche (101) bewirkt und
bei dem das zumindest eine Konverterelement (2) auf der
ersten und zweiten Hauptoberfläche (101, 102) frei vom Rahmen (3) bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) eine Vertiefung in der
Auflagefläche (10) ist, in die das zumindest eine
Konverterelement (2) eingelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) eine Erhebung in der
Auflagefläche (10) ist, an das das zumindest eine
Konverterelement (2) in lateraler Richtung (90) angelegt wird .
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das zumindest eine Ausrichtelement (11) laterale
Abmessungen aufweist, die an die lateralen Abmessungen des zumindest einen Konverterelements (2) derart
angepasst sind, dass das zumindest eine Konverterelement (2) mit einer Winkeltoleranz von weniger als 3° und bevorzugt von weniger als 1° verdreht werden kann.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zumindest eine Konverterelement (2) in lateraler
Richtung vollständig vom Rahmen (3) umschlossen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zumindest eine Konverterelement (2) auf zumindest einer Seitenfläche frei vom Rahmen (3) bleibt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem der Justageträger (1) auf der Auflagefläche (10) eine Mehrzahl von Ausrichtelementen (11) zur Ausrichtung einer Mehrzahl von Konverterelementen (2) aufweist, bei dem im Verfahrensschritt B an jedem der Mehrzahl der
Ausrichtelemente (11) jeweils ein Konverterelement (2) ausgerichtet wird und
bei dem im Verfahrensschritt C durch das Aufbringen des
Rahmenmaterials (30) ein Rahmen (3) gebildet wird, der jedes der Konverterelemente (2) zumindest teilweise lateral in direktem Kontakt umschließt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Mehrzahl der
Ausrichtelemente (11) zellenförmig oder matrixförmig angeordnet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden
Bauelements (1000) mit einem
Wellenlängenkonversionselement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das derart auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet wird, dass das zumindest eine Konverterelement (2) auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet wird.
11. Wellenlängenkonversionselement (100) mit zumindest einem Konverterelement (2) und einem Rahmen (3), der zusammen mit dem zumindest einen Konverterelement (2) ein
zusammenhängendes Bauteil bildet und das zumindest eine Konverterelement (2) zumindest teilweise lateral umgibt, wobei das Wellenlängenkonversionselement (100) eine erste
Hauptoberfläche (101) und eine der ersten
Hauptoberfläche (101) gegenüberliegende zweite
Hauptoberfläche (102) aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche (102) eine durchgängig ebene Fläche ist, die durch eine Oberfläche des Rahmens (3) und durch eine Oberfläche des zumindest einen
Konverterelements (2) gebildet wird, und
wobei eine Oberflächenstruktur in der ersten Hauptoberfläche (101) vorhanden ist, die zumindest teilweise durch einen direkt an das Konverterelement (2) angrenzenden Bereich (31) des Rahmens (3) gebildet wird, in dem der Rahmen (3) eine geringere Dicke als das zumindest eine
Konverterelement (2) aufweist.
12. Wellenlängenkonversionselement (100) nach Anspruch 11, wobei der Bereich (31) das zumindest eine
Konverterelement (2) vollständig umgibt.
13. Wellenlängenkonversionselement (100) nach Anspruch 12, wobei der Rahmen (3) durchgängig eine geringere Dicke als das zumindest eine Konverterelement (2) aufweist.
14. Wellenlängenkonversionselement (100) nach Anspruch 11, wobei der Bereich (31) eine L-artige Form aufweist, die an zwei Seitenflächen lateral an das zumindest eine Konverterelement (2) angrenzt.
15. Wellenlängenkonversionselement (100) nach einem der
Ansprüche 11 bis 14, wobei der Bereich (31) eine Dicke aufweist, die kleiner als 100% und größer oder gleich 95% der Dicke des zumindest einen Konverterelements ist (2) .
16. Licht emittierendes Bauelement (1000) mit einem
Wellenlängenkonversionselement (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, das derart auf zumindest einem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet ist, dass das zumindest eine Konverterelement (2) auf dem Licht emittierenden Halbleiterchip (200) angeordnet ist.
PCT/EP2018/057016 2017-03-23 2018-03-20 Verfahren zur herstellung eines wellenlängenkonversionselements sowie eines licht emittierenden bauelements, wellenlängenkonversionselement und licht emittierendes bauelement WO2018172354A1 (de)

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