WO2019145502A1 - Lichtemittierendes halbleiterbauteil - Google Patents

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WO2019145502A1
WO2019145502A1 PCT/EP2019/051898 EP2019051898W WO2019145502A1 WO 2019145502 A1 WO2019145502 A1 WO 2019145502A1 EP 2019051898 W EP2019051898 W EP 2019051898W WO 2019145502 A1 WO2019145502 A1 WO 2019145502A1
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conversion layer
emission
radiation
along
primary radiation
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PCT/EP2019/051898
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Streppel
Hailing Cui
Désirée QUEREN
Dajana DURACH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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Priority to US16/964,608 priority Critical patent/US11444224B2/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/508—Wavelength conversion elements having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer, wavelength conversion layer with a concentration gradient of the wavelength conversion material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements

Definitions

  • a semiconductor light-emitting device is separated by a plurality of individually and / or in groups
  • the light-emitting semiconductor component is a light-emitting semiconductor component, for example an LED component, which is set up,
  • One of the objects to be solved is, inter alia, to specify such a light-emitting semiconductor component which has an improved emission behavior, in particular an improved color impression.
  • the emission regions are arranged, for example, at a distance from each other on a support. For example, the distance between adjacent ones
  • the distance between mutually adjacent emission regions is a maximum of 1 mm, preferably a maximum of 300 ym, if the emission regions are each formed with different semiconductor chips.
  • the distance between two emission regions is measured in each case between centers of the emission regions.
  • the emission areas are for example with a
  • Electromagnetic radiation is hereinafter referred to as
  • the emission areas can be along a plane to the
  • Emission regions in the emission direction, in particular in the main emission is arranged downstream. For example, at least a majority of the primary radiation hits the
  • the conversion layer comprises
  • a matrix material for example, a matrix material and a matrix material
  • Conversion material such as an inorganic
  • Conversion material without matrix material form a self-supporting structure.
  • the conversion material can do this
  • the converted radiation is also referred to below as secondary radiation.
  • Wavelength range of the primary radiation can with the
  • Wavelength range of the secondary radiation overlap.
  • the emission regions emit primary radiation into the conversion layer.
  • the conversion layer is at least partially transparent to the primary radiation.
  • the primary radiation in the conversion layer is at least partially scattered.
  • the primary radiation is
  • electromagnetic radiation in a blue wavelength range for example, electromagnetic radiation in a blue wavelength range.
  • the conversion layer converts at least a part of the primary radiation into secondary radiation. In other words, part of the performance becomes the
  • Primary radiation converted into secondary radiation.
  • the conversion layer converts primary radiation into longer-wave radiation than the primary radiation
  • Conversion layer at least 70%, preferably at least 80%, of the primary radiation in secondary radiation to.
  • the radiating surface is an outer surface of the
  • the radiating surface may pass through another outer surface of the light-emitting
  • Semiconductor device may be formed.
  • at least a large part of the emitted mixed radiation emerges from the semiconductor component through the emission surface.
  • the mixed radiation comprises
  • the mixed radiation comprises only primary radiation and
  • Secondary radiation which has passed through the conversion layer.
  • Probability, with the primary radiation is converted on the way from the emission area to the emission surface in secondary radiation, along the emission surface by a maximum of a factor of 2.
  • this probability changes by a maximum of a factor of 1.5.
  • Emission area is converted to exit surface in secondary radiation, along the emission surface by a maximum of a factor of 2, preferably a maximum of a factor of 1.5.
  • a maximum of a factor of 2 preferably a maximum of a factor of 1.5.
  • Radiating surface maximum by a factor of 2, in particular by a maximum of a factor of 1.5.
  • the light-emitting semiconductor component comprises a plurality of individually and / or
  • the conversion layer is the emission areas in
  • the emission regions emit primary radiation of a first wavelength range into the conversion layer and the conversion layer converts at least part of the
  • Semiconductor component has a radiating surface through which mixed radiation emerges from the light-emitting semiconductor component, wherein the mixed radiation, the primary radiation and comprises the secondary radiation, and the probability with which primary radiation is converted on the way from the emission area to the emission area in secondary radiation changes along the emission surface by a maximum of a factor of 2.
  • a light-emitting semiconductor component described here is based inter alia on the following observations.
  • Light-emitting semiconductor components having a plurality of emission regions, which are arranged next to one another along a plane spaced from each other, and wherein the primary radiation emitted by the emission regions by means of a conversion layer at least partially
  • the light-emitting semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea that
  • Radiating surface changes as little as possible. This is achieved by equalizing the lengths of the paths of primary radiation among each other within the conversion layer.
  • the primary radiations are generated in the active region and occur, for example, at different angles
  • the lengths of the paths are adapted to one another such that the standard deviation of the lengths of the paths is reduced. For example, in the light-emitting
  • Radiating occurs, statistically considered has essentially covered an equally long path within the conversion layer.
  • concentration of the conversion material varies in the
  • the conversion layer is continuous, in particular simply connected, formed.
  • the conversion layer is, for example, arranged downstream of the plurality of emission regions in its emission direction, so that at least a major part, in particular at least 80%, of the emitted primary radiation strikes the conversion layer.
  • the conversion layer is, for example, arranged downstream of the plurality of emission regions in its emission direction, so that at least a major part, in particular at least 80%, of the emitted primary radiation strikes the conversion layer.
  • the conversion layer has a thickness perpendicular to its main extension plane (hereinafter "vertical direction") along the vertical direction
  • Main extension level varies. For example, this thickness of the conversion layer varies along the
  • Main extension plane are arranged side by side.
  • this thickness of the conversion layer varies in two perpendicularly along the main extension plane
  • the thickness of the first layer is the thickness of the first layer
  • the Conversion layer where it overlaps in the vertical direction with emission areas, each having a local maximum, and where it does not overlap in the vertical direction with an emission area, each having a local minimum.
  • the thickness at a local maximum is at least 1.25 times, in particular at least 2 times, preferably at least 10 times, the thickness at a local minimum.
  • the local maxima of the thickness can be almost the same throughout.
  • the local minima of thickness can be nearly the same throughout.
  • Secondary radiation is converted, per unit length of the path of the primary radiation in the conversion layer substantially constant.
  • the path of the primary radiation in the conversion layer substantially constant.
  • Concentration of the conversion material within the Conversion layer by a maximum of 20%, preferably by a maximum of 10 o
  • the conversion layer is formed on a side facing away from the emission regions with a plurality of convexly curved surfaces.
  • the conversion layer may be formed such that the emission regions each have a biconvex or plano-convex lenticular region
  • the conversion layer is configured such that the mean length of the path of the primary radiation passes through the conversion layer
  • the semiconductor light emitting device comprises an intermediate layer, wherein the
  • the intermediate layer absorbs at most 1% of the primary radiation and / or secondary radiation.
  • the intermediate layer with a clear material, in which the primary and / or secondary radiation in
  • the interlayer is contiguous, especially simply connected, trained.
  • the intermediate layer is, for example, a
  • Potting layer which is for example adapted to protect the light-emitting semiconductor device from environmental influences. Furthermore, the intermediate layer can do so
  • the intermediate layer can have concavely and / or convexly curved surfaces which form a lens for primary radiation and / or secondary radiation.
  • the intermediate layer may be over the plurality of
  • Emission regions extend and may be arranged downstream of the emission regions in the emission direction.
  • the intermediate layer is, for example, the entire surface cohesively with the conversion layer
  • the intermediate layer and the conversion layer are in direct contact with each other on main surfaces.
  • the intermediate layer and the conversion layer are in direct contact with each other on main surfaces.
  • Conversion layer have, for example, different refractive indices, so that primary radiation at one
  • Interface of the intermediate layer is broken to the conversion layer.
  • the distance between the conversion layer and the emission areas can be adjusted when the
  • the intermediate layer is arranged between the conversion layer and the emission regions, and the intermediate layer is at one of the
  • the thickness of the first layer On the emission side facing away convex curved surfaces. According to the embodiment, the thickness of the first layer.
  • Conversion layer where it overlaps in the vertical direction with emission areas, each having a local minimum, and where it does not overlap in the vertical direction with an emission area each have a local maximum.
  • primary radiation first passes through the
  • Primary radiation is matched within the conversion layer to the radiating surface with each other.
  • the intermediate layer and the conversion layer are matched within the conversion layer to the radiating surface with each other.
  • the ratio of the refractive indices is for example at least 1.1: 1, in particular at least 1.34: 1.
  • the difference between a first refractive index is the
  • Conversion layer at least 0.25, preferably at least 0.4, in particular at least 0.5.
  • the conversion layer comprises a conversion material whose concentration varies along the main extension plane of the conversion layer.
  • the conversion layer where it with a
  • Emission range in the vertical direction overlaps, each a local extremum of concentration.
  • the conversion layer in areas which in
  • the concentration of the local maxima differs by at most 20%, in particular by at most 10%, preferably by at most 1%. In particular, the difference
  • Conversion material along the main extension plane of the conversion layer periodically.
  • Conversion material varies the periodicity with which the emission regions along the main extension plane of the conversion layer are arranged.
  • the varying concentration causes the
  • Probability per unit length of the pathway that converts primary radiation into secondary radiation varies. This probability may be greater in an area which overlaps vertically with an emission area than in an area which is vertical with none
  • the angle of emission is the angle between the
  • the intermediate layer has a first refractive index and the conversion layer has a second refractive index, wherein the
  • Conversion layer is disposed on a side facing away from the emission regions side of the intermediate layer and the first refractive index is greater than the second refractive index.
  • the intermediate layer is arranged on a side of the conversion layer facing away from the emission regions, and the second refractive index is greater than the first refractive index.
  • the first and second refractive indices are adapted to one another such that the refractive indices along the path of the primary and / or secondary radiation become smaller.
  • a rate of change of the refractive indices along the path of the primary and / or secondary radiation is particularly low, so that reflections at interfaces of different materials are reduced.
  • the primary and / or secondary radiation is thereby coupled out of the semiconductor component in a particularly efficient manner.
  • the first refractive index of the intermediate layer varies along the main extension plane, wherein the first refractive index in the vertical direction has a local extremum overlapping each emission region.
  • the first refractive index in each case has a local maximum in a part of the intermediate layer which overlaps in the vertical direction with an emission region. Furthermore, local minima of the
  • a lens array with gradient index lenses (abbreviated: GRIN lenses) is formed in the intermediate layer.
  • GRIN lenses gradient index lenses
  • the GRIN lenses are each adapted to collimate or direct primary radiation
  • the primary radiation is bundled or collimated by means of the GRIN lenses such that an approximation of the mean length of the paths of the
  • a lens is formed in each case in the vertical direction over each emission region by means of the intermediate layer, wherein the lens is set up to collimate or focus primary radiation.
  • the collimated or focused primary radiation passes through the conversion layer.
  • the emission regions are each arranged in the focal point of one of the lenses, so that the lens collimates primary radiation emitted by the emission regions.
  • the primary radiation is refracted so that the path of the primary radiation within the
  • Conversion layer is statistically substantially the same.
  • the emission regions have edges which surround the emission regions along the
  • a light-emitting semiconductor component to a diaphragm structure, which is formed with a primary radiation absorbing and / or reflecting material and which in
  • the vertical direction is arranged overlapping with the edges.
  • the diaphragm structure overlaps in the vertical direction at least partially with the emission regions.
  • the diaphragm structure is adapted to absorb or at least a part of the primary radiation emitted, in particular in the region of the edges
  • the emission regions are parts of a common semiconductor chip.
  • the emission areas are in common in a same
  • the emission areas can be identical, so that the
  • Emission regions have a same semiconductor layer sequence.
  • the emission ranges
  • multiple emission regions may have one or more common, epitaxially produced
  • the emission regions are formed.
  • the emission regions are set up to emit primary radiation of the same color location.
  • the emission regions may comprise continuous semiconductor layers.
  • the shape and area of the individual emission regions along the main extension plane of the emission regions are defined by contact structures, by means of which the emission regions are respectively energized.
  • the shape and area of the emission regions are delimited along their main extension plane, for example by means of trenches, which cut through at least one of the semiconductor layers.
  • the trenches can be produced for example by means of a lithographic process.
  • Emission ranges are, for example, the distance
  • the emission regions are formed for example with a plurality of semiconductor chips, which are arranged on a common carrier.
  • a common carrier In particular, everyone is
  • FIG. 4A is a tabular overview of points in a three-dimensional Cartesian coordinate system which describe a lenticular region associated with the conversion layer of one described herein
  • 4B.1 is a three-dimensional schematic representation of lenticular areas formed with the conversion layer of a light-emitting device described herein, and whose surfaces are each described with the dots shown in Figure 4A, Figure 4B.2 a enlarged schematic representation of a single of the lenticular areas of Figure 4B.1, and Figures 4C and 4D each have a three-dimensional
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a light-emitting semiconductor component 1 described here according to an embodiment.
  • Semiconductor component 1 comprises a carrier 10 and a semiconductor chip 200 arranged on a main surface of the carrier 10 and having a multiplicity of individual and / or group-wise separately operable juxtaposed ones
  • a conversion layer 30 is the emission regions 20 in the emission of the
  • the conversion layer 30 is simply coherent and extends over the entirety of the emission regions 20. Die
  • Emission regions 20 are configured to introduce primary radiation LI of a first wavelength range into the
  • Conversion layer 30 is at least partially transparent to the primary radiation LI. At least part of the
  • Primary radiation LI is in the conversion layer in
  • Secondary radiation L2 converted a second wavelength range.
  • the conversion layer 30 is configured to have primary radiation LI of a blue one
  • Conversion layer 30 comprises a conversion material embedded in a matrix material, wherein the Conversion material is adapted to convert primary radiation into secondary radiation and the matrix material forms a mechanically self-supporting structure.
  • the semiconductor light-emitting device 1 has a
  • Radiating surface la is formed by a surface of the conversion layer 30 facing away from the emission regions 20.
  • the mixed radiation L comprises the primary radiation LI and the
  • Primary radiation LI on the path from the emission area to the emitting surface is converted into secondary radiation L2, changes along the emission surface la by a maximum of a factor of 2.
  • the probability changes by a maximum of a factor of 1.5.
  • the conversion layer 30 has a main extension plane E, along which the conversion layer 30
  • the conversion layer 30 has a thickness D.
  • the thickness D varies along the main extension plane E. In regions in which the conversion layer 30 overlaps with an emission region along the vertical direction V, the conversion layer in each case has a local maximum of the thickness Dmax. In areas where the conversion layer 30 along the vertical direction V with no Emission range 20 overlaps, the thickness D each has a local minimum Dmin.
  • an intermediate layer 40 is arranged between the conversion layer 30 and the emission regions 20.
  • Intermediate layer 40 is simply coherent and completely covers the emission regions 20.
  • Intermediate layer 40 is formed with a material that is transparent to primary radiation LI and secondary radiation L2, and has concavely curved surfaces on a side facing the conversion layer 30.
  • the conversion layer 30 is connected on one side of the intermediate layer 40 to the entire surface 40 with the intermediate layer 40.
  • the intermediate layer 40 in particular the interface between the conversion layer 30 and the intermediate layer 40, forms in each case in the vertical direction V over each emission region 20 a lens 42 which interacts with the primary radiation LI.
  • the different thicknesses D of the conversion layer 30 and the lenses 42 are formed so that the average lengths of the paths of primary radiation LI from each other
  • Emission regions 20 are matched to the emission surface la to each other.
  • the intermediate layer 40 has a first refractive index NI and the conversion layer 30 has a second one
  • Refractive index N2 wherein the conversion layer 30 is disposed on a side facing away from the emission regions 20 side of the intermediate layer 40.
  • the first refractive index NI is greater than the second refractive index N2.
  • the primary LI and / or secondary radiation L2 passes through the intermediate layer 40 and the conversion layer 30 in the direction of decreasing refractive indices.
  • the rate of change is advantageously low, so that a particularly small proportion of the primary LI and / or secondary radiation L2 is reflected at interfaces of layers and the primary LI and / or
  • Secondary radiation L2 is coupled out particularly efficiently.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional representation of a light-emitting semiconductor component 1 described here according to an exemplary embodiment. In contrast to the embodiment shown in Figure 1 is the
  • the conversion layer 30 is disposed directly on the semiconductor chip 200.
  • Emission regions 20 side facing away from the conversion layer 30 forms the emission surface la of the light-emitting
  • the conversion layer 30 has at a
  • the convexly curved surfaces may be formed spherically, aspherically or pillow-shaped curved.
  • Main extension level E are described.
  • the convexly curved surfaces in a plan view of the main extension plane E are quadrant-symmetrical, in particular axially symmetrical.
  • the convex curved surfaces are periodically arranged so that lenticular regions 32 are arranged in the form of an array.
  • the periodicity of the convex curved surfaces corresponds to the periodicity with which the emission regions 20 along the
  • FIG. 3 shows a schematic sectional representation of a light-emitting semiconductor component 1 described here according to an exemplary embodiment. In contrast to the embodiment shown in Figure 2 is the
  • the intermediate layer 40 is formed with a clear material.
  • the refractive index of the intermediate layer 40 is less than the refractive index of the conversion layer 30.
  • the intermediate layer forms a planar surface, whereby the handling and further processing of the semiconductor device is advantageously simplified.
  • FIG. 4A shows a tabular overview of points in a three-dimensional Cartesian coordinate system, which faces away from an emission area 20
  • the 25 points lie on a surface of a lenticular
  • Area 32 which in the vertical direction V overlapping with an emission region 20 is arranged.
  • the surface can be described with a three-dimensional spline function on which the discrete points lie.
  • the spline function describes a surface of a
  • Top view has a rectangular-symmetrical contour.
  • a semiconductor device 1 comprises a multiplicity of lenticular regions 32, whose surface can be described in each case with the points listed in FIG. 4A.
  • each emission area 20 is one
  • the x-coordinates, y-coordinates and z-coordinates are
  • the z coordinates are lengths along the vertical direction V and the x and y coordinates are lengths along the
  • Each point on the surface of a lenticular region 32 is assigned an x, a y and a z coordinate.
  • the x, y, and z coordinates of a common point are each given in the same row and in the same column of the three tables.
  • a first point on the surface of a lenticular region 32 having the x-coordinate of the first row VI and the first column U1, the y-coordinate of the first row VI and the first column U1, and the z-coordinate of the first row is VI and the first column Ul indicated.
  • FIG. 4B.1 shows schematically a three-dimensional one
  • the lenticular areas 32 are along a plane
  • FIG. 4B.2 shows an enlarged view of a single lenticular region 32 of the conversion layer 30 of FIG. 4B.1.
  • the surface of the lenticular region 32 facing away from the emission regions 20 is, for example, discrete with the coordinates listed in FIG. 4A
  • FIG. 4C schematically shows a sectional view through a lenticular region 32 of the conversion layer 30.
  • FIG. 4D schematically shows a sectional view through a lenticular region 32 of the conversion layer 30.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration of a semiconductor component 1 described here according to FIG. 5
  • Emission regions 20 facing away from surfaces of the intermediate layer 40 is not concave, but convexly curved.
  • the intermediate layer 40 and the conversion layer 30 have a
  • Intermediate layer 40 and the conversion layer 30 is such designed such that on entry into the conversion layer 30 on average, the angle between the vertical direction V and the propagation direction of the primary radiation LI is reduced.
  • the primary radiation LI is collimated or focused upon entry into the conversion layer 30.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of an embodiment of a light-emitting
  • a diaphragm structure 50 is arranged, which with the
  • the diaphragm structure 50 is provided with a primary radiation LI
  • the diaphragm structure 50 overlaps in the vertical direction V with the edges 21 of the emission regions 20, whereby in the
  • the contour of the emission regions 20 is limited. This limitation advantageously simplifies the collimation of the primary LI and / or secondary radiation L2 within the
  • the conversion layer 30 is arranged on the diaphragm structure 50.
  • the variation of the thickness D of the conversion layer 30 is predetermined by means of the diaphragm structure 50.
  • Regions that do not overlap with emission regions along the vertical direction V have the conversion layer 30 each having a local minimum of thickness D. In regions which overlap with emission regions 20 along the vertical direction V, the conversion layer 30 has a local maximum of thickness D in each case.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of an embodiment of a light-emitting
  • the intermediate layer 40 terminates flush with the diaphragm structure 50 along the vertical direction V.
  • the conversion layer 30 has a constant thickness D.
  • the non-scattering intermediate layer 40 is arranged in the region of the diaphragm structure 50, so that beam beam shaping of the primary radiation LI is possible prior to entry into the conversion layer 30.
  • the primary radiation LI is collimated in the region of the intermediate layer by means of the diaphragm structure, as a result of which the
  • Incident angle of the primary radiation is reduced in the conversion layer 30.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of an embodiment of a light-emitting
  • a lens array with GRIN lenses 400 is formed in the intermediate layer 40.
  • the GRIN lenses 400 are each formed by a refractive index gradient 401.
  • the refractive index decreases in the direction of the arrow.
  • the refractive index in regions which overlap with emission regions in the vertical direction is greater than in regions which are not in the vertical direction
  • the GRIN lenses 400 are configured to collimate or focus primary radiation LI.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of an embodiment of a light-emitting
  • the concentration of the conversion material varies along the
  • the conversion layer 30 For example, the conversion layer 30
  • Concentration K of the conversion material which is shown schematically in Figure 9 with arrows.
  • each emission region 20 each have a local maximum concentration K of the conversion material. In areas that are not in the vertical direction V with
  • the conversion layer 30 each have a local minimum concentration K of
  • the concentration K of the conversion material varies along the main extension plane E of the conversion layer 30
  • the periodicity of the variation of the concentration K of the conversion material corresponds to the periodicity in which the emission regions 20 are arranged along the main extension plane E.
  • Conversion layer 30 which overlaps vertically with an emission region 20, returns on average a shorter path back to conversion to secondary radiation L2, as
  • the varying concentration of the conversion material leads to a homogeneous color locus of the mixed radiation L emitted by the emission surface 1a over the emission surface 1a.

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Abstract

Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1), mit einer Vielzahl von einzeln und/oder gruppenweise getrennt betreibbaren nebeneinander angeordneten Emissionsbereichen (20) und einer Konversionsschicht (30), bei dem - die Konversionsschicht (30) den Emissionsbereichen (20) in Abstrahlrichtung der Emissionsbereiche (20) nachgeordnet ist, - die Emissionsbereiche (20) Primärstrahlung (L1) eines ersten Wellenlängenbereichs in die Konversionsschicht (30) hinein emittieren, - die Konversionsschicht (30) zumindest einen Teil der Primärstrahlung (L1) in Sekundärstrahlung (L2) eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, - das lichtemittierende Halbleiterbauteil (1) eine Abstrahlfläche (1a) aufweist, durch welche Mischstrahlung (L) aus dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil (1) austritt, wobei - die Mischstrahlung (L) die Primärstrahlung (L1) und die Sekundärstrahlung (L2) umfasst, und - eine Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung (L) auf dem Laufweg vom Emissionsbereich (20) zur Abstrahlfläche (1a) in Sekundärstrahlung (L2) umgewandelt wird, sich entlang der Abstrahlfläche maximal um den Faktor 2 ändert.

Description

Beschreibung
LICHTEMITTIERENDES HALBLEITERBAUTEIL
Es wird ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einer Vielzahl von einzeln und/oder gruppenweise getrennt
betreibbaren, nebeneinander angeordneten Emissionsbereichen angegeben .
Bei dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil handelt es sich um ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil, beispielsweise um ein LED-Bauteil, welches dazu eingerichtet ist,
Mischstrahlung eines vorgegebenen Farbortes, insbesondere eines weißen Farbortes, zu emittieren.
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein derartiges lichtemittierendes Halbleiterbauteil anzugeben, welches ein verbessertes Abstrahlverhalten, insbesondere einen verbesserten Farbeindruck aufweist.
Die Emissionsbereiche sind beispielsweise beabstandet zueinander auf einem Träger angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen zueinander benachbarten
Emissionsbereichen maximal 300 ym, bevorzugt maximal 100 ym, wenn die Emissionsbereiche Teil eines gemeinsamen
Halbleiterchips sind. Alternativ beträgt der Abstand zwischen zueinander benachbarten Emissionsbereichen maximal 1 mm, bevorzugt maximal 300 ym, wenn die Emissionsbereiche jeweils mit unterschiedlichen Halbleiterchips gebildet sind. Der Abstand von zwei Emissionsbereichen wird dabei jeweils zwischen Mittelpunkten der Emissionsbereiche gemessen. Die Emissionsbereiche sind beispielsweise mit einem
Halbleitermaterial gebildet und umfassen einen aktiven
Bereich, welcher dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und zu emittieren. Diese
elektromagnetische Strahlung wird im Folgenden als
Primärstrahlung bezeichnet.
Die Emissionsbereiche können entlang einer Ebene an den
Knotenpunkten eines imaginären regelmäßigen Gitters,
insbesondere Rechteckgitters, angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist das lichtemittierende
Halbleiterbauteil eine Konversionsschicht auf, die den
Emissionsbereichen in Abstrahlrichtung, insbesondere in deren Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet ist. Beispielsweise trifft zumindest ein Großteil der Primärstrahlung auf die
Konversionsschicht. Die Konversionsschicht umfasst
beispielsweise ein Matrixmaterial und ein
Konversionsmaterial, beispielsweise einen anorganischen
Leuchtstoff und/oder Quantendots, welches in das
Matrixmaterial eingelagert ist. Alternativ kann das
Konversionsmaterial ohne Matrixmaterial eine selbsttragende Struktur bilden. Das Konversionsmaterial kann dazu
eingerichtet sein, Primärstrahlung in elektromagnetische Strahlung eines langwelligeren Wellenlängenbereichs
umzuwandeln. Die umgewandelte Strahlung wird im Folgenden auch als Sekundärstrahlung bezeichnet. Der
Wellenlängenbereich der Primärstrahlung kann mit dem
Wellenlängenbereich der Sekundärstrahlung überlappen.
Gemäß einer Ausführungsform emittieren die Emissionsbereiche Primärstrahlung in die Konversionsschicht hinein.
Beispielsweise ist die Konversionsschicht zumindest teilweise transparent für die Primärstrahlung. Insbesondere wird die Primärstrahlung in der Konversionsschicht zumindest teilweise gestreut. Bei der Primärstrahlung handelt es sich
beispielsweise um elektromagnetische Strahlung in einem blauen Wellenlängenbereich.
Gemäß einer Ausführungsform wandelt die Konversionsschicht zumindest einen Teil der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung um. Mit anderen Worten, wird ein Teil der Leistung der
Primärstrahlung in Sekundärstrahlung umgewandelt.
Insbesondere wandelt die Konversionsschicht Primärstrahlung in gegenüber der Primärstrahlung langwelligere
Sekundärstrahlung um. Insbesondere wandelt die
Konversionsschicht zumindest 70 %, bevorzugt zumindest 80 %, der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung um.
Gemäß einer Ausführungsform weist das lichtemittierende
Halbleiterbauteil eine Abstrahlfläche auf, durch welche
Mischstrahlung, insbesondere mischfarbiges Licht, aus dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil austritt. Beispielsweise ist die Abstrahlfläche eine Außenfläche der
Konversionsschicht. Alternativ kann die Abstrahlfläche durch eine andere Außenfläche des lichtemittierenden
Halbleiterbauteils gebildet sein. Insbesondere tritt durch die Abstrahlfläche zumindest ein Großteil der emittierten Mischstrahlung aus dem Halbleiterbauteil.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Mischstrahlung
Primärstrahlung und Sekundärstrahlung. Insbesondere umfasst die Mischstrahlung ausschließlich Primärstrahlung und
Sekundärstrahlung, welche die Konversionsschicht durchlaufen hat. Beispielsweise haben alle Bestandteile der von dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil durch die Abstrahlfläche hindurch emittierten Mischstrahlung die Konversionsschicht durchlaufen .
Gemäß einer Ausführungsform ändert sich die
Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung auf dem Laufweg vom Emissionsbereich zur Abstrahlfläche in Sekundärstrahlung umgewandelt wird, entlang der Abstrahlfläche maximal um den Faktor 2. Bevorzugt ändert sich diese Wahrscheinlichkeit maximal um den Faktor 1,5. Insbesondere ändert sich die
Wahrscheinlichkeit, mit der durch die Abstrahlfläche
austretende Mischstrahlung auf dem Laufweg von
Emissionsbereich zu Austrittsfläche in Sekundärstrahlung umgewandelt ist, entlang der Abstrahlfläche maximal um den Faktor 2, bevorzugt maximal um den Faktor 1,5. Beispielsweise ändert sich das Verhältnis der Intensitäten von
Primärstrahlung zu Sekundärstrahlung entlang der
Abstrahlfläche maximal um den Faktor 2, insbesondere maximal um den Faktor 1,5.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauteil eine Vielzahl von einzeln und/oder
gruppenweise getrennt betreibbaren, nebeneinander
angeordneten Emissionsbereichen und eine Konversionsschicht. Die Konversionsschicht ist den Emissionsbereichen in
Abstrahlrichtung der Emissionsbereiche nachgeordnet. Die Emissionsbereiche emittieren Primärstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in die Konversionsschicht hinein und die Konversionsschicht wandelt zumindest einen Teil der
Primärstrahlung in Sekundärstrahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs um. Das lichtemittierende
Halbleiterbauteil weist eine Abstrahlfläche auf, durch welche Mischstrahlung aus dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil austritt, wobei die Mischstrahlung die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung umfasst, und die Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung auf dem Laufweg von Emissionsbereich zur Abstrahlfläche in Sekundärstrahlung umgewandelt wird, sich entlang der Abstrahlfläche maximal um den Faktor 2 ändert .
Einem hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauteil liegen dabei unter anderem die folgenden Beobachtungen zugrunde. Lichtemittierende Halbleiterbauteile mit einer Vielzahl von Emissionsbereichen, die entlang einer Ebene beabstandet zueinander nebeneinander angeordnet sind, und bei denen von den Emissionsbereichen emittierte Primärstrahlung mittels einer Konversionsschicht zumindest teilweise
umgewandelt wird, weisen im Allgemeinen einen inhomogenen Farbverlauf über die Abstrahlfläche des lichtemittierenden Halbleiterbauteils auf, insbesondere wenn nur einzelne
Emissionsbereiche oder Gruppen von Emissionsbereichen
betrieben werden.
Das hier beschriebene lichtemittierende Halbleiterbauteil macht unter anderem von der Idee Gebrauch, das
Halbleiterbauteil so auszugestalten, dass die
Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung in
Sekundärstrahlung umgewandelt wird, sich entlang der
Abstrahlfläche möglichst wenig ändert. Dies wird mittels Angleichens der Längen der Laufwege von Primärstrahlungen untereinander innerhalb der Konversionsschicht erreicht. Die Primärstrahlungen sind im aktiven Bereich erzeugt und treten beispielsweise in unterschiedlichen Winkeln an
unterschiedlichen Stellen eines Emissionsbereichs oder an unterschiedlichen Emissionsbereichen aus. Insbesondere werden die Längen der Laufwege derart untereinander angepasst, dass die Standardabweichung der Längen der Laufwege reduziert ist. Beispielsweise ist in dem lichtemittierenden
Halbleiterbauteil die Länge der Laufwege innerhalb der
Konversionsschicht angeglichen, sodass Primärstrahlung, unabhängig davon, an welcher Stelle sie durch die
Abstrahlfläche tritt, statistisch betrachtet im Wesentlichen einen gleich langen Laufweg innerhalb der Konversionsschicht zurückgelegt hat. Alternativ oder zusätzlich variiert die Konzentration des Konversionsmaterials in der
Konversionsschicht derart, dass Mischstrahlung, unabhängig davon, an welcher Stelle sie durch die Abstrahlfläche tritt, im Wesentlichen mit einer gleichen Wahrscheinlichkeit von Primärstrahlung in Sekundärstrahlung umgewandelt wird. Dies führt zu einer besonders geringen Variation des Verhältnisses der Intensitäten von Primärstrahlung und Sekundärstrahlung über die Abstrahlfläche. Vorteilhafterweise ermöglicht dies ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil, bei dem die über die Abstrahlfläche austretende Mischstrahlung für das
menschliche Auge einen sehr homogenen Farbeindruck erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Konversionsschicht zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend, ausgebildet. Die Konversionsschicht ist beispielsweise der Vielzahl von Emissionsbereichen in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet, sodass zumindest ein Großteil, insbesondere zumindest 80%, der abgestrahlten Primärstrahlung auf die Konversionsschicht trifft. Insbesondere ist die
Konversionsschicht allen Emissionsbereichen des
lichtemittierenden Halbleiterbauteils in Abstrahlrichtung, insbesondere in deren Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet. Vorteilhafterweise ist eine zusammenhängende
Konversionsschicht, welche der Mehrzahl von
Emissionsbereichen zugeordnet ist, besonders kostengünstig und effizient herstellbar. Gemäß einer Ausführungsform weist die Konversionsschicht senkrecht zu deren Haupterstreckungsebene (im Folgenden „vertikale Richtung" ) eine Dicke auf, die entlang der
Haupterstreckungsebene variiert. Beispielsweise variiert diese Dicke der Konversionsschicht entlang der
Haupterstreckungsebene periodisch. Insbesondere entspricht die Periodizität, mit der diese Dicke variiert, der
Periodizität, mit der die Emissionsbereiche entlang der
Haupterstreckungsebene nebeneinander angeordnet sind.
Insbesondere variiert diese Dicke der Konversionsschicht entlang der Haupterstreckungsebene in zwei senkrecht
zueinander stehenden Richtungen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Dicke der
Konversionsschicht dort, wo sie in vertikaler Richtung mit Emissionsbereichen überlappt, jeweils ein lokales Maximum auf, und dort, wo sie in vertikaler Richtung nicht mit einem Emissionsbereich überlappt, jeweils ein lokales Minimum auf. Beispielsweise beträgt die Dicke bei einem lokalen Maximum zumindest das 1,25-fache, insbesondere zumindest das 2-fache, bevorzugt zumindest das 10-fache, der Dicke bei einem lokalen Minimum. Die lokalen Maxima der Dicke können durchweg nahezu gleich sein. Die lokalen Minima der Dicke können durchweg nahezu gleich sein. Insbesondere ist die Konzentration des Konversionsmaterials über das gesamte Volumen der
Konversionsschicht hinreichend homogen. Somit ist die
Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung in
Sekundärstrahlung umgewandelt wird, pro Längeneinheit des Laufwegs der Primärstrahlung in der Konversionsschicht im Wesentlichen konstant. Beispielsweise variiert die
Konzentration des Konversionsmaterials innerhalb der Konversionsschicht um maximal 20 %, bevorzugt um maximal 10 o
Beispielsweise ist die Konversionsschicht an einer von den Emissionsbereichen abgewandten Seite mit einer Vielzahl von konvex gekrümmten Flächen ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Konversionsschicht an einer den
Emissionsbereichen zugewandten Seite konvex gekrümmte Flächen aufweisen. Insbesondere kann die Konversionsschicht derart ausgebildet sein, dass den Emissionsbereichen jeweils ein bikonvexer oder plan-konvexer linsenförmiger Bereich
nachgeordnet ist. Insbesondere ist die Konversionsschicht derart ausgestaltet, dass die mittlere Länge des Laufwegs von Primärstrahlung durch die Konversionsschicht hindurch
unabhängig davon ist, wo die Primärstrahlung durch die
Austrittsfläche tritt, und unabhängig davon ist, an welcher Stelle die Primärstrahlung aus dem Emissionsbereichs
ausgetreten ist. Vorteilhafterweise ist somit die
Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung in
Sekundärstrahlung umgewandelt wird entlang der
Austrittsfläche statistisch betrachtet im Wesentlichen konstant .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauteil eine Zwischenschicht, wobei die
Zwischenschicht mit einem für Primärstrahlung und
Sekundärstrahlung transparenten Material gebildet ist.
Beispielsweise absorbiert die Zwischenschicht maximal 1% der Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung. Insbesondere ist die Zwischenschicht mit einem klarsichtigen Material, in welchem die Primär- und/oder Sekundärstrahlung in
vernachlässigbarem Maße gestreut wird, gebildet.
Beispielsweise ist die Zwischenschicht zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend, ausgebildet. Bei der Zwischenschicht handelt es sich beispielsweise um eine
Vergussschicht, welche beispielsweise dazu eingerichtet ist, das lichtemittierende Halbleiterbauteil vor Umwelteinflüssen zu schützen. Weiterhin kann die Zwischenschicht dazu
eingerichtet sein, mit Primärstrahlung und/oder
Sekundärstrahlung zu wechselwirken. Beispielsweise
werden/wird die Primärstrahlung und/oder die
Sekundärstrahlung an einer Grenzfläche der Zwischenschicht gezielt gebrochen. Insbesondere kann die Zwischenschicht konkav und/oder konvex gewölbte Flächen aufweisen, die für Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung eine Linse bilden.
Die Zwischenschicht kann sich über die Mehrzahl von
Emissionsbereichen erstrecken und kann den Emissionsbereichen in Abstrahlrichtung nachgeordnet sein. Insbesondere
durchläuft zumindest ein Großteil der von den
Emissionsbereichen emittierten Primärstrahlung die
Zwischenschicht. Die Zwischenschicht ist beispielsweise vollflächig Stoffschlüssig mit der Konversionsschicht
verbunden. Insbesondere stehen die Zwischenschicht und die Konversionsschicht jeweils an Hauptflächen miteinander in direktem Kontakt. Die Zwischenschicht und die
Konversionsschicht weisen beispielweise unterschiedliche Brechungsindices auf, sodass Primärstrahlung an einer
Grenzfläche der Zwischenschicht zur Konversionsschicht gebrochen wird. Vorteilhafterweise kann mittels der
Zwischenschicht der Abstand zwischen der Konversionsschicht und den Emissionsbereichen eingestellt werden, wenn die
Zwischenschicht zwischen der Konversionsschicht und den
Emissionsbereichen angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Zwischenschicht zwischen der Konversionsschicht und den Emissionsbereichen angeordnet und die Zwischenschicht weist an einer von den
Emissionsbereichen abgewandten Seite konvex gekrümmte Flächen auf. Gemäß der Ausführungsform weist die Dicke der
Konversionsschicht dort, wo sie in vertikaler Richtung mit Emissionsbereichen überlappt, jeweils ein lokales Minimum auf, und dort, wo sie in vertikaler Richtung nicht mit einem Emissionsbereich überlappt jeweils ein lokales Maximum auf. Beispielsweise durchläuft Primärstrahlung zunächst die
Zwischenschicht und wird dann an deren Grenzfläche zur
Konversionsschicht gebrochen. Die konvex gekrümmten Flächen der Zwischenschicht brechen die Primärstrahlung
beispielsweise derart, dass die mittlere Lauflänge der
Primärstrahlungen innerhalb der Konversionsschicht bis zur Abstrahlfläche untereinander angeglichen ist. Insbesondere weisen die Zwischenschicht und die Konversionsschicht
unterschiedliche Brechungsindices auf. Das Verhältnis der Brechungsindices beträgt beispielsweise zumindest 1,1:1, insbesondere zumindest 1,34:1. Beispielsweise beträgt die Differenz zwischen einem ersten Brechungsindex der
Zwischenschicht und einem zweiten Brechungsindex der
Konversionsschicht zumindest 0,25, bevorzugt zumindest 0,4, insbesondere zumindest 0,5.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Konversionsschicht ein Konversionsmaterial, dessen Konzentration entlang der Haupterstreckungsebene der Konversionsschicht variiert. Dabei weist die Konversionsschicht, dort wo sie mit einem
Emissionsbereich in vertikaler Richtung überlappt, jeweils ein lokales Extremum der Konzentration auf. Beispielsweise weist die Konversionsschicht in Bereichen, welche in
vertikaler Richtung mit Emissionsbereichen überlappen, ein lokales Maximum der Konzentration des Konversionsmaterials auf und in Bereichen, die in vertikaler Richtung nicht mit Emissionsbereichen überlappen, jeweils ein lokales Minimum der Konzentration des Konversionsmaterials auf. Insbesondere unterscheidet sich die Konzentration der lokalen Maxima um höchstens 20 %, insbesondere um höchstens 10 %, bevorzugt um höchstens 1%. Insbesondere unterscheidet sich die
Konzentration der lokalen Minima um höchstens 20 %,
insbesondere um höchstens 10 %, bevorzugt um höchstens 1 %.
Beispielsweise variiert die Konzentration des
Konversionsmaterials entlang der Haupterstreckungsebene der Konversionsschicht periodisch. Insbesondere entspricht die Periodizität, mit der die Konzentration des
Konversionsmaterials variiert der Periodizität, mit welcher die Emissionsbereiche entlang der Haupterstreckungsebene der Konversionsschicht angeordnet sind.
Die variierende Konzentration führt dazu, dass die
Wahrscheinlichkeit pro Längeneinheit des Laufwegs, mit der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung umgewandelt wird, variiert. Diese Wahrscheinlichkeit kann in einem Bereich, welcher vertikal mit einem Emissionsbereich überlappt, größer sein als in einem Bereich, welcher vertikal mit keinem
Emissionsbereich überlappt. Beispielsweise legt
Primärstrahlung mit einem großen Emissionswinkel im Mittel einen längeren Laufweg innerhalb der Konversionsschicht zurück als Primärstrahlung mit einem kleinen Emissionswinkel. Der Emissionswinkel ist dabei der Winkel zwischen der
vertikalen Richtung und der Ausbreitungsrichtung der
betreffenden Primärstrahlung beim Austritt der
Primärstrahlung aus dem Emissionsbereich. Bereiche der Konversionsschicht, die nicht mit
Emissionsbereichen überlappen, werden überwiegend von
Primärstrahlung mit einem großen Emissionswinkel durchlaufen. Folglich ist bevorzugt in Bereichen der Konversionsschicht, die in vertikaler Richtung mit Emissionsbereichen nicht überlappen, die Wahrscheinlichkeit für die Umwandlung von Primärstrahlung in Sekundärstrahlung pro Längeneinheit des Laufwegs verringert. Diese verringerte Wahrscheinlichkeit wird beispielsweise mittels der variierenden Konzentration des Konversionsmaterials erreicht. Vorteilhafterweise kann eine variierende Konzentration des Konversionsmaterials zu einem homogenen Farbort der durch die Abstrahlfläche
emittierten Mischstrahlung entlang der Abstrahlfläche führen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Zwischenschicht einen ersten Brechungsindex auf und weist die Konversionsschicht einen zweiten Brechungsindex auf, wobei die
Konversionsschicht an einer von den Emissionsbereichen abgewandten Seite der Zwischenschicht angeordnet ist und der erste Brechungsindex größer als der zweite Brechungsindex ist. Alternativ ist die Zwischenschicht an einer von den Emissionsbereichen abgewandten Seite der Konversionsschicht angeordnet und der zweite Brechungsindex ist größer als der erste Brechungsindex. Der erste und der zweite Brechungsindex sind beispielsweise derart aneinander angepasst, dass die Brechungsindices entlang des Laufwegs der Primär- und/oder Sekundärstrahlung kleiner werden. Vorteilhafterweise ist somit eine Änderungsrate der Brechungsindices entlang des Laufwegs der Primär- und/oder Sekundärstrahlung besonders gering, sodass Reflektionen an Grenzflächen unterschiedlicher Materialien reduziert sind. Insbesondere wird dadurch die Primär- und/oder Sekundärstrahlung besonders effizient aus dem Halbleiterbauteil ausgekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform variiert der erste Brechungsindex der Zwischenschicht entlang der Haupterstreckungsebene, wobei der erste Brechungsindex in vertikaler Richtung überlappend mit jedem Emissionsbereich jeweils ein lokales Extremum aufweist. Insbesondere weist der erste Brechungsindex in einem in vertikaler Richtung mit einem Emissionsbereich überlappenden Teil der Zwischenschicht jeweils ein lokales Maximum auf. Des Weiteren können lokale Minima des
Brechungsindexes in den Teilen der Zwischenschicht sein, die mit keinem Emissionsbereich überlappen.
Beispielsweise ist in der Zwischenschicht ein Linsenarray mit Gradienten-Index-Linsen (Abgekürzt: GRIN-Linsen) gebildet. Dabei ist beispielsweise mit jedem Emissionsbereich in vertikaler Richtung überlappend eine der GRIN-Linsen
angeordnet. Insbesondere sind die GRIN-Linsen jeweils dazu eingerichtet, Primärstrahlung zu kollimieren oder zu
fokussieren. Vorteilhafterweise wird mittels der GRIN-Linsen die Primärstrahlung derart gebündelt oder kollimiert, dass eine Angleichung der mittleren Länge der Laufwege der
Primärstrahlungen untereinander innerhalb der
Konversionsschicht erzielt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist mittels der Zwischenschicht jeweils in vertikaler Richtung über jedem Emissionsbereich eine Linse ausgebildet, wobei die Linse dazu eingerichtet ist Primärstrahlung zu kollimieren oder zu fokussieren.
Insbesondere durchläuft die kollimierte oder fokussierte Primärstrahlung die Konversionsschicht. Die Emissionsbereiche sind beispielsweise jeweils im Brennpunkt einer der Linsen angeordnet, sodass die Linse von den Emissionsbereichen emittierte Primärstrahlung kollimiert. Insbesondere wird mittels der Linse die Primärstrahlung derart gebrochen, dass der Laufweg der Primärstrahlung innerhalb der
Konversionsschicht statistisch betrachtet im Wesentlichen gleich ist.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Emissionsbereiche Kanten auf, welche die Emissionsbereiche entlang der
Haupterstreckungsebene begrenzen. Weiter weist das
lichtemittierende Halbleiterbauteil eine Blendenstruktur auf, welche mit einem die Primärstrahlung absorbierenden und/oder reflektierenden Material gebildet ist und welche in
vertikaler Richtung überlappend mit den Kanten angeordnet ist. Insbesondere überlappt die Blendenstruktur in vertikaler Richtung zumindest teilweise mit den Emissionsbereichen.
Beispielsweise ist die Blendenstruktur dazu eingerichtet, zumindest einen Teil der, insbesondere im Bereich der Kanten, emittierten Primärstrahlung zu absorbieren oder zu
reflektieren. Beispielsweise wird mittels der Blendenstruktur der Anteil der Primärstrahlung, welcher einen besonders langen Laufweg in der Konversionsschicht zurücklegt,
reduziert. Vorteilhafterweise führt diese Angleichung der Längen der Laufwege untereinander zu einer geringeren
Änderung des Farbortes der Mischstrahlung entlang der
Austrittsfläche .
Gemäß einer Ausführungsform sind die Emissionsbereiche Teile eines gemeinsamen Halbleiterchips. Beispielsweise sind die Emissionsbereiche gemeinsam in einem gleichen
Herstellungsverfahren hergestellt. Insbesondere können die Emissionsbereiche baugleich sein, sodass die
Emissionsbereiche eine gleiche Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Insbesondere können die Emissionsbereiche
zumindest teilweise zusammenhängend ausgebildet sein. Beispielsweise können mehrere Emissionsbereiche eine oder mehrere gemeinsame, epitaktisch hergestellte
Halbleiterschichten aufweisen, die zusammenhängend
ausgebildet sind. Insbesondere sind die Emissionsbereiche dazu eingerichtet Primärstrahlung eines gleichen Farbortes zu emittieren .
Die Emissionsbereiche können durchgehende Halbleiterschichten aufweisen. Insbesondere ist die Form und Fläche der einzelnen Emissionsbereiche entlang der Haupterstreckungsebene der Emissionsbereiche durch Kontaktstrukturen, mittels denen die Emissionsbereiche jeweils bestromt werden, definiert ist. Alternativ ist Form und Fläche der Emissionsbereiche entlang ihrer Haupterstreckungsebene beispielsweise mittels Gräben begrenzt, welche zumindest eine der Halbleiterschichten durchtrennen. Die Gräben können beispielsweise mittels eines lithographischen Verfahrens hergestellt sein. Die
Emissionsbereiche sind beispielsweise um den Abstand
benachbarter Kontaktstrukturen und/oder die Breite der Gräben voneinander beabstandet angeordnet.
Alternativ sind die Emissionsbereiche beispielsweise mit mehreren Halbleiterchips gebildet, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Insbesondere ist jeder
Emissionsbereich jeweils mit einem Halbleiterchip gebildet. Unterschiedliche Halbleiterchips können jeweils
unterschiedliche Halbleiterschichtenfolgen aufweisen und können in separaten Herstellungsprozessen unabhängig
voneinander hergestellt sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des lichtemittierenden Halbleiterbauteils ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen die Figuren 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 und 9 schematische
Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen eines
lichtemittierenden Halbleiterbauteils , die Figur 4A eine tabellarische Übersicht über Punkte in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, welche einen linsenförmigen Bereich beschreiben, der mit der Konversionsschicht eines hier beschriebenen
lichtemittierenden Halbleiterbauteils gebildet ist, die Figur 4B.1 eine dreidimensionale schematische Darstellung von linsenförmigen Bereichen, die mit der Konversionsschicht eines hier beschriebenen lichtemittierenden Bauteils gebildet sind, und deren Oberflächen jeweils mit den in Figur 4A dargestellten Punkten beschreibbar ist, die Figur 4B.2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines einzelnen der linsenförmigen Bereiche von Figur 4B.1, und die Figuren 4C und 4D jeweils ein dreidimensionales
schematisches Schnittbild eines einzelnen linsenförmigen Bereichs, wobei der Schnitt durch den Linsenförmigen Bereich entlang der in Figur 4B.2 dargestellten Schnittlinie A-A bzw. B-B verläuft.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das lichtemittierende
Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Träger 10 und einen auf einer Hauptfläche des Trägers 10 angeordneten Halbleiterchip 200 mit einer Vielzahl von einzeln und/oder gruppenweise getrennt betreibbaren, nebeneinander angeordneten
Emissionsbereichen 20. Eine Konversionsschicht 30 ist den Emissionsbereichen 20 in Abstrahlrichtung der
Emissionsbereiche 20 nachgeordnet. Die Konversionsschicht 30 ist einfach zusammenhängend ausgebildet und erstreckt sich über die Gesamtheit der Emissionsbereiche 20. Die
Emissionsbereiche 20 sind dazu eingerichtet, Primärstrahlung LI eines ersten Wellenlängenbereichs in die
Konversionsschicht 30 hinein zu emittieren. Die
Konversionsschicht 30 ist zumindest teilweise transparent für die Primärstrahlung LI. Zumindest ein Teil der
Primärstrahlung LI wird in der Konversionsschicht in
Sekundärstrahlung L2 eines zweiten Wellenlängenbereichs umgewandelt. Beispielsweise ist die Konversionsschicht 30 dazu eingerichtet Primärstrahlung LI eines blauen
Wellenlängenbereichs in Sekundärstrahlung L2 eines gelben Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Insgesamt wird die
Primärstrahlung LI und die Sekundärstrahlung L2 von einem Betrachter als weiße Mischstrahlung wahrgenommen. Die
Konversionsschicht 30 umfasst ein Konversionsmaterial, welches in ein Matrixmaterial eingebettet ist, wobei das Konversionsmaterial dazu eingerichtet ist Primärstrahlung in Sekundärstrahlung umzuwandeln und das Matrixmaterial eine mechanisch selbsttragende Struktur bildet.
Das lichtemittierende Halbleiterbauteil 1 weist eine
Abstrahlfläche la auf, durch welche Mischstrahlung L aus dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil 1 austritt. Die
Abstrahlfläche la ist durch eine den Emissionsbereichen 20 abgewandte Fläche der Konversionsschicht 30 gebildet. Die Mischstrahlung L umfasst die Primärstrahlung LI und die
Sekundärstrahlung L2. Die Wahrscheinlichkeit, mit der
Primärstrahlung LI auf dem Laufweg vom Emissionsbereich zur Abstrahlfläche in Sekundärstrahlung L2 umgewandelt wird, ändert sich entlang der Abstrahlfläche la maximal um den Faktor 2. Insbesondere ändert sich die Wahrscheinlichkeit maximal um den Faktor 1,5. Dies führt dazu, dass ein
Verhältnis der Intensitäten von Primärstrahlung LI zu
Sekundärstrahlung L2 entlang der Abstrahlfläche la maximal um den Faktor 2, insbesondere maximal um den Faktor 1,5
variiert .
Die Konversionsschicht 30 weist eine Haupterstreckungsebene E auf, entlang welcher die Konversionsschicht 30
zusammenhängend ausgebildet ist. Senkrecht zur
Haupterstreckungsebene E, entlang einer vertikalen Richtung V, weist die Konversionsschicht 30 eine Dicke D auf. Die Dicke D variiert entlang der Haupterstreckungsebene E. In Bereichen, in denen die Konversionsschicht 30 entlang der vertikalen Richtung V mit einem Emissionsbereich überlappt, weist die Konversionsschicht jeweils ein lokales Maximum der Dicke Dmax auf. In Bereichen, in denen die Konversionsschicht 30 entlang der vertikalen Richtung V mit keinem Emissionsbereich 20 überlappt, weist die Dicke D jeweils ein lokales Minimum Dmin auf.
Zwischen der Konversionsschicht 30 und den Emissionsbereichen 20 ist eine Zwischenschicht 40 angeordnet. Die
Zwischenschicht 40 ist einfach zusammenhängend ausgebildet und überdeckt die Emissionsbereiche 20 vollständig. Die
Zwischenschicht 40 ist mit einem für Primärstrahlung LI und Sekundärstrahlung L2 transparenten Material gebildet, und weist an einer der Konversionsschicht 30 zugewandten Seite konkav gekrümmte Flächen auf. Die Konversionsschicht 30 ist an einer der Zwischenschicht 40 zugewandten Seite vollflächig mit der Zwischenschicht 40 verbunden. Die Zwischenschicht 40, insbesondere die Grenzfläche zwischen der Konversionsschicht 30 und der Zwischenschicht 40, bildet jeweils in vertikaler Richtung V über jedem Emissionsbereich 20 eine Linse 42 aus, welche mit der Primärstrahlung LI wechselwirkt.
Die unterschiedlichen Dicken D der Konversionsschicht 30 und die Linsen 42 sind so ausgebildet, dass die mittleren Längen der Laufwege von Primärstrahlungen LI untereinander von
Emissionsbereichen 20 zur Abstrahlfläche la aneinander angeglichen sind.
Die Zwischenschicht 40 weist einen ersten Brechungsindex NI auf und die Konversionsschicht 30 weist einen zweiten
Brechungsindex N2 auf, wobei die Konversionsschicht 30 an einer von den Emissionsbereichen 20 abgewandten Seite der Zwischenschicht 40 angeordnet ist. Der erste Brechungsindex NI ist größer als der zweite Brechungsindex N2. Somit
durchläuft die Primär- LI und/oder Sekundärstrahlung L2 die Zwischenschicht 40 und die Konversionsschicht 30 in Richtung sinkender Brechungsindices . Entlang des Laufwegs der Primär- LI und/oder Sekundärstrahlung L2 ist die Änderungsrate vorteilhaft gering, sodass ein besonders geringer Anteil der Primär- LI und/oder Sekundärstrahlung L2 an Grenzflächen von Schichten reflektiert wird und die Primär- LI und/oder
Sekundärstrahlung L2 besonders effizient ausgekoppelt wird.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das
lichtemittierende Halbleiterbauteil 1 frei von einer
Zwischenschicht 40. Die Konversionsschicht 30 ist unmittelbar auf dem Halbleiterchip 200 angeordnet. Die den
Emissionsbereichen 20 abgewandte Seite der Konversionsschicht 30 bildet die Abstrahlfläche la des lichtemittierenden
Halbleiterbauteils .
Die Konversionsschicht 30 weist an einer den
Emissionsbereichen 20 abgewandten Seite konvex gekrümmte Flächen auf. Mit den konvex gekrümmten Flächen sind jeweils linsenförmige Bereiche 32 gebildet, die entlang der
vertikalen Richtung V jeweils den Emissionsbereichen 20 nachgeordnet sind. Die konvex gekrümmten Flächen können sphärisch, asphärisch oder kissenförmig gekrümmt ausgebildet sein .
Des weiteren kann die Krümmung der gekrümmten Flächen
beispielsweise mittels eines Polynoms entlang der
Haupterstreckungsebene E beschrieben werden. Beispielsweise sind die konvex gekrümmten Flächen in Draufsicht auf die Haupterstreckungsebene E quadrantensymmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch. Entlang der Haupterstreckungsebene E der Konversionsschicht 30 sind die konvex gekrümmten Flächen periodisch angeordnet, sodass linsenförmige Bereiche 32 in Form eines Arrays angeordnet sind. Die Periodizität der konvex gekrümmten Flächen entspricht dabei der Periodizität, mit welcher die Emissionsbereiche 20 entlang der
Haupterstreckungsebene E der Konversionsschicht 30
nebeneinander angeordnet sind.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die
Zwischenschicht 40 an der den Emissionsbereichen 20
abgewandten Seite der Konversionsschicht 30 angeordnet. Eine den Emissionsbereichen 20 abgewandte Fläche bildet die
Austrittsfläche la des Halbleiterbauteils 1.
Die Zwischenschicht 40 ist mit einem klarsichtigen Material gebildet. Der Brechungsindex der Zwischenschicht 40 ist geringer als der Brechungsindex der Konversionsschicht 30. Vorteilhafterweise wird mittels der Zwischenschicht 40 die Auskopplung von elektromagnetischer Primär- LI und/oder Sekundärstrahlung L2 aus dem lichtemittierenden
Halbleiterbauteil 1 verbessert. Darüber hinaus bildet die Zwischenschicht eine plane Oberfläche, wodurch die Handhabung und Weiterverarbeitung des Halbleiterbauteils vorteilhaft vereinfacht wird.
Die Figur 4A zeigt eine tabellarische Übersicht über Punkte in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, welche eine von einem Emissionsbereich 20 abgewandte
Oberfläche eines Konversionselements 30 beschreiben. Die 25 Punkte liegen an einer Oberfläche eines linsenförmigen
Bereichs 32, welche in vertikaler Richtung V überlappend mit einem Emissionsbereich 20 angeordnet ist. Insbesondere ist die Oberfläche mit einer dreidimensionalen Spline-Funktion beschreibbar, auf welcher die diskreten Punkte liegen. Die Spline-Funktion beschreibt eine Oberfläche eines
kissenförmigen linsenförmigen Bereichs 32, welcher in
Draufsicht eine rechteck-symmetrische Kontur aufweist.
Insbesondere umfasst ein Halbleiterbauteil 1 eine Vielzahl von linsenförmigen Bereichen 32, deren Oberfläche jeweils mit den mit den in Figur 4A gelisteten Punkten beschreibbar ist. Beispielsweise ist jedem Emissionsbereich 20 ein
linsenförmiger Bereich 32 mit einer durch die x-, y- und z- Koordinaten beschriebenen Oberfläche nachgeordnet. Die x- Koordinaten, y-Koordinaten und z-Koordinaten, sind
Längenangaben in Millimeter entlang drei senkrecht zueinander stehender Richtungen. Die z-Koordinaten sind Längenangaben entlang der vertikalen Richtung V und die x- und y- Koordinaten sind Längenangaben entlang der
Haupterstreckungsebene E der Konversionsschicht 30.
Jedem Punkt an der Oberfläche eines linsenförmigen Bereichs 32 ist je eine x-, eine y- und eine z-Koordinate zugeordnet. Die x-, y- und z-Koordinaten eines gemeinsamen Punkts sind jeweils in der gleichen Zeile und der gleichen Spalte der drei Tabellen angegeben. Beispielsweise ist ein erster Punkt an der Oberfläche eines linsenförmigen Bereichs 32 mit der x- Koordinate der ersten Zeile VI und der ersten Spalte Ul, der y-Koordinate der ersten Zeile VI und der ersten Spalte Ul und der z-Koordinate der ersten Zeile VI und der ersten Spalte Ul angegeben .
Die Figur 4B.1 zeigt schematisch eine dreidimensionale
Ansicht von linsenförmigen Bereichen 32, die an der Oberfläche der Konversionsschicht 30 ausgebildet sind. Die linsenförmigen Bereiche 32 sind entlang einer Ebene,
insbesondere entlang der Haupterstreckungsebene E,
nebeneinander angeordnet.
Die Figur 4B.2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen einzelnen linsenförmigen Bereich 32 der Konversionsschicht 30 von Figur 4B.1. Die von den Emissionsbereichen 20 abgewandte Oberfläche des linsenförmigen Bereichs 32 ist beispielsweise mit den in Figur 4A gelisteten Koordinaten diskret
beschreibbar .
Die Figur 4C zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch einen linsenförmigen Bereich 32 der Konversionsschicht 30.
Der Schnitt verläuft dabei entlang der in Figur 4B.2
dargestellten gestrichelten Linie A-A.
Die Figur 4D zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch einen linsenförmigen Bereich 32 der Konversionsschicht 30.
Der Schnitt verläuft dabei entlang der in Figur 4B.2
dargestellten Strichpunktlinie B-B.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen Halbleiterbauteils 1 gemäß eines
Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die von den
Emissionsbereichen 20 abgewandten Flächen der Zwischenschicht 40 nicht konkav, sondern konvex gewölbt. Die Zwischenschicht 40 und die Konversionsschicht 30 weisen einen
unterschiedlichen Brechungsindex auf, sodass Primärstrahlung LI am Übergang von Zwischenschicht 40 zu Konversionsschicht 30 gebrochen wird. Die Grenzfläche zwischen der
Zwischenschicht 40 und der Konversionsschicht 30 ist derart ausgestaltet, dass beim Eintritt in die Konversionsschicht 30 im Mittel der Winkel zwischen der Vertikalen Richtung V und der Ausbreitungsrichtung der Primärstrahlung LI verringert wird. Insbesondere wird die Primärstrahlung LI beim Eintritt in die Konversionsschicht 30 kollimiert oder fokussiert.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines lichtemittierenden
Halbleiterbauteils 1. Auf dem Halbleiterchip 200 ist eine Blendenstruktur 50 angeordnet, welche mit den
Emissionsbereichen 20 zumindest teilweise überlappt. Die Blendenstruktur 50 ist mit einem Primärstrahlung LI
absorbierenden und/oder reflektierenden Material gebildet.
Die Blendenstruktur 50 überlappt in vertikaler Richtung V mit den Kanten 21 der Emissionsbereiche 20, wodurch in der
Draufsicht die Kontur der Emissionsbereiche 20 begrenzt wird. Diese Begrenzung vereinfacht vorteilhaft die Kollimation der Primär- LI und/oder Sekundärstrahlung L2 innerhalb der
Konversionsschicht 30.
Auf der Blendenstruktur 50 ist die Konversionsschicht 30 angeordnet. Die Variation der Dicke D der Konversionsschicht 30 ist mittels der Blendenstruktur 50 vorgegeben. In
Bereichen, die entlang der vertikalen Richtung V nicht mit Emissionsbereichen überlappen, weist die Konversionsschicht 30 jeweils ein lokales Minimum der Dicke D auf. In Bereichen, die entlang der vertikalen Richtung V mit Emissionsbereichen 20 überlappen, weist die Konversionsschicht 30 jeweils ein lokales Maximum der Dicke D auf.
Die Figur 7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines lichtemittierenden
Halbleiterbauteils 1. Im Unterschied zu dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem in der Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen der Konversionsschicht 30 und dem Halbleiterchip 200 die Zwischenschicht 40
angeordnet. Die Zwischenschicht 40 schließt entlang der vertikalen Richtung V bündig mit der Blendenstruktur 50 ab. Die Konversionsschicht 30 weist eine konstante Dicke D auf. Vorteilhafterweise ist im Bereich der Blendenstruktur 50 die nicht-streuende Zwischenschicht 40 angeordnet, sodass vor dem Eintritt in die Konversionsschicht 30 eine Strahlformung der Primärstrahlung LI möglich ist. Beispielsweise wird mittels der Blendenstruktur die Primärstrahlung LI im Bereich der Zwischenschicht kollimiert, wodurch im Mittel der
Einfallswinkel der Primärstrahlung in die Konversionsschicht 30 verringert wird.
Die Figur 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines lichtemittierenden
Halbleiterbauteils 1. Bei dem Halbleiterbauteil 1 ist in der Zwischenschicht 40 ein Linsenarray mit GRIN-Linsen 400 gebildet. Die GRIN-Linsen 400 sind jeweils mittels eines Brechungsindexgradienten 401 gebildet. Entlang des mit einem Pfeil dargestellten Brechungsindexgradienten 401 verringert sich der Brechungsindex in Pfeilrichtung. Beispielsweise ist der Brechungsindex in Bereichen, welche in der vertikalen Richtung mit Emissionsbereichen überlappen, größer als in Bereichen, welche in der vertikalen Richtung nicht mit
Emissionsbereichen überlappen. Mit jedem Emissionsbereich 20 in vertikaler Richtung V überlappend ist eine der GRIN-Linse 400 angeordnet. Die GRIN-Linsen 400 sind dazu eingerichtet Primärstrahlung LI zu kollimieren oder zu fokussieren.
Vorteilhafterweise wird mittels der GRIN-Linsen 400 die
Primärstrahlung LI derart gebündelt oder kollimiert, dass eine Angleichung der mittleren Länge der Laufwege der Primärstrahlungen LI untereinander innerhalb der Konversionsschicht 30 erzielt wird.
Die Figur 9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines lichtemittierenden
Halbleiterbauteils 1. In diesem Ausführungsbeispiel variiert die Konzentration des Konversionsmaterials entlang der
Haupterstreckungsebene E der Konversionsschicht 30.
Beispielsweise weist die Konversionsschicht 30
Gradientenbereiche 300 mit einem Gradienten 301 der
Konzentration K des Konversionsmaterials auf, welcher in Figur 9 schematisch mit Pfeilen dargestellt ist. Die
Konzentration K des Konversionsmaterials nimmt in
Pfeilrichtungen des Konzentrationsgradienten 301 ab. Dabei weist die Konzentration K in vertikaler Richtung V
überlappend mit jedem Emissionsbereich 20 jeweils ein lokales Maximum der Konzentration K des Konversionsmaterials auf. In Bereichen, die in vertikaler Richtung V nicht mit
Emissionsbereichen 20 überlappen weist die Konversionsschicht 30 jeweils ein lokales Minimum der Konzentration K des
Konversionsmaterials auf.
Die Konzentration K des Konversionsmaterials variiert entlang Haupterstreckungsebene E der Konversionsschicht 30
periodisch. Insbesondere entspricht die Periodizität der Variation der Konzentration K des Konversionsmaterials der Periodizität, in welcher die Emissionsbereiche 20 entlang der Haupterstreckungsebene E angeordnet sind.
Primärstrahlung LI legt innerhalb eines Teils der
Konversionsschicht 30, welcher mit einem Emissionsbereich 20 vertikal überlappt, durchschnittlich einen kürzeren Laufweg zurück bis zur Umwandlung in Sekundärstrahlung L2 zurück, als in einem mit keinem Emissionsbereich 20 überlappenden Teil der Konversionsschicht 30. Vorteilhafterweise führt die variierende Konzentration des Konversionsmaterials zu einem homogenen Farbort der durch die Abstrahlfläche la emittierten Mischstrahlung L über die Abstrahlfläche la.
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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018101786.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Lichtemittierendes Halbleiterbauteil
la Abstrahlfläche
10 Träger
20 Emissionsbereich
21 Kante
30 Konversionsschicht
300 Gradientenbereich
301 Konzentrationsgradient des Konversionmittels
32 linsenförmiger Bereich
40 Zwischenschicht
42 Linse
400 GRIN-Linse
401 Brechungsindexgradient
50 Blendenstruktur
D Dicke
Dmin minimale Dicke
Dmax maximale Dicke
E Haupterstreckungsebene
K Konzentration des Konversionsmaterials
L Strahlung
LI Primärstrahlung
L2 Sekundärstrahlung
NI erster Brechungsindex
N2 zweiter Brechungsindex
V Vertikale Richtung
W Emissionswinkel
Ul erste Spalte
U2 zweite Spalte
U3 dritte Spalte
U4 vierte Spalte
U5 fünfte Spalte VI erste Zeile
V2 zweite Zeile
V3 dritte Zeile
V4 vierte Zeile V5 fünfte Zeile

Claims

Patentansprüche
1. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1), mit einer
Vielzahl von einzeln und/oder gruppenweise getrennt betreibbaren nebeneinander angeordneten
Emissionsbereichen (20) und einer Konversionsschicht (30) , bei dem
- die Konversionsschicht (30) den Emissionsbereichen (20) in Abstrahlrichtung der Emissionsbereiche (20) nachgeordnet ist,
- die Emissionsbereiche (20) Primärstrahlung (LI) eines ersten Wellenlängenbereichs in die Konversionsschicht (30) hinein emittieren,
- die Konversionsschicht (30) zumindest einen Teil der Primärstrahlung (LI) in Sekundärstrahlung (L2) eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, und
- eine Abstrahlfläche (la) vorgesehen ist, durch welche Mischstrahlung (L) aus dem lichtemittierenden
Halbleiterbauteil (1) austritt, wobei
- die Mischstrahlung (L) Primärstrahlung (LI) und
Sekundärstrahlung (L2) umfasst, und
- eine Wahrscheinlichkeit, mit der Primärstrahlung (L) auf dem Laufweg vom Emissionsbereich (20) zur
Abstrahlfläche (la) in Sekundärstrahlung (L2)
umgewandelt wird, sich entlang der Abstrahlfläche maximal um den Faktor 2 ändert.
2. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß dem
vorherigen Anspruch, bei dem
die Konversionsschicht (30) zusammenhängend ausgebildet ist .
3. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
- die Konversionsschicht (30) entlang einer vertikalen Richtung (V) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (E) der Konversionsschicht (30) eine Dicke (D) aufweist, wobei
- die Dicke (D) entlang der Haupterstreckungsebene (E) variiert .
4. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
- die Konversionsschicht (30) in Bereichen, die entlang der vertikalen Richtung (V) mit Emissionsbereichen (20) überlappen, jeweils ein lokales Maximum der Dicke (D) aufweist, und
- die Konversionsschicht (30) in Bereichen, die entlang der vertikalen Richtung (V) mit keinem Emissionsbereich (20) überlappen, jeweils ein lokales Minimum der Dicke (D) aufweist.
5. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Zwischenschicht (40), bei dem
die Zwischenschicht (40) mit einem für Primärstrahlung (LI) und Sekundärstrahlung (L2) transparenten Material gebildet ist, und
die Zwischenschicht (40) zusammenhängend ausgebildet ist .
6. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß
Anspruch 5, bei dem
- die Zwischenschicht (40) zwischen der
Konversionsschicht (30) und den Emissionsbereichen (20) angeordnet ist,
- die Zwischenschicht (40) an einer von den
Emissionsbereichen (20) abgewandten Seite konvex gekrümmte Flächen aufweist,
- die Konversionsschicht (30) in Bereichen, welche entlang der vertikalen Richtung (V) mit einem
Emissionsbereich (20) überlappen, jeweils ein lokales Minimum der Dicke (D) aufweist, und
- die Konversionsschicht (30) in Bereichen, welche entlang der vertikalen Richtung (V) mit keinem
Emissionsbereich (20) überlappen, jeweils ein lokales Maximum der Dicke (D) aufweist.
7. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem
- die Konversionsschicht (30) ein Konversionsmaterial (310) umfasst, wobei
- eine Konzentration (K) des Konversionsmaterials (310) entlang der Haupterstreckungsebene der
Konversionsschicht (E) variiert, und
die Konzentration (K) in vertikaler Richtung (V) überlappend mit jedem Emissionsbereich (20) jeweils ein lokales Extremum aufweist.
8. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß dem
vorherigen Anspruch, bei dem
- die Zwischenschicht (40) einen ersten Brechungsindex (NI) aufweist, und
- die Konversionsschicht (30) einen zweiten
Brechungsindex (N2) aufweist, wobei- die
Konversionsschicht (30) an einer von den
Emissionsbereichen (20) abgewandten Seite der
Zwischenschicht (40) angeordnet ist und der erste Brechungsindex (NI) größer als der zweite
Brechungsindex (N2) ist, oder
- die Zwischenschicht (40) an einer von den
Emissionsbereichen (20) abgewandten Seite der
Konversionsschicht (30) angeordnet ist und der zweite Brechungsindex (N2) größer als der erste Brechungsindex (NI) ist.
9. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil gemäß dem
vorherigen Anspruch, bei dem
der erste Brechungsindex (NI) der Zwischenschicht (40) entlang der Haupterstreckungsebene (E) variiert, wobei der erste Brechungsindex (NI) in vertikaler Richtung (V), überlappend mit jedem Emissionsbereich (20), jeweils ein lokales Extremum aufweist.
10. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil gemäß dem
vorherigen Anspruch, bei dem
mittels der Zwischenschicht (40) jeweils in vertikaler Richtung (V) über jedem Emissionsbereich (20) eine Linse (42) ausgebildet ist, wobei
die Linse (42) dazu eingerichtet ist Primärstrahlung (LI) zu kollimieren oder zu fokussieren.
11. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil gemäß einem
vorherigen Anspruch mit einer Blendenstruktur (50), bei dem
- die Emissionsbereiche (20) Kanten (21) aufweisen, welche die Emissionsbereiche (20) entlang der
Haupterstreckungsebene (E) begrenzen, wobei
- die Blendenstruktur (50) in vertikaler Richtung (V) überlappend mit den Kanten (21) angeordnet ist, und
- die Blendenstruktur mit einem die Primärstrahlung absorbierenden und/oder reflektierenden Material gebildet ist.
12. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
die Emissionsbereiche (20) Teile eines gemeinsamen Halbleiterchips (200) sind.
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