WO2019219375A1 - Konversionselement, optoelektronisches bauteil, verfahren zur herstellung einer vielzahl von konversionselementen, verfahren zur herstellung einer vielzahl von optoelektronischen bauteilen und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils - Google Patents

Konversionselement, optoelektronisches bauteil, verfahren zur herstellung einer vielzahl von konversionselementen, verfahren zur herstellung einer vielzahl von optoelektronischen bauteilen und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils Download PDF

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WO2019219375A1
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conversion element
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PCT/EP2019/061051
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Daniel Leisen
Hansjörg SCHÖLL
Harald JÄGER
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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Definitions

  • CONVERSION ELEMENT OPTOELECTRONIC COMPONENT, METHOD FOR MANUFACTURING A VARIETY OF CONVERSION ELEMENTS,
  • a conversion element and an optoelectronic component are specified.
  • a method for producing a plurality of conversion elements a method for producing a variety of
  • An object to be solved is to provide a conversion element and an optoelectronic component, which the
  • this includes
  • Conversion element a grid that has a variety of
  • the openings of the grid preferably extend in a vertical direction.
  • the vertical direction hereby extends from a first main surface of the grating to a second main surface of the grating, which lies opposite the first main surface.
  • the openings completely penetrate the grid.
  • the openings may preferably be arranged in a matrix-like manner, that is to say along columns and rows. Preferably, the openings at grid points of a regular
  • the openings are preferably arranged laterally spaced from each other.
  • this includes
  • Conversion element a plurality of conversion segments, which are each designed to convert at least a portion of a primary radiation into a secondary radiation.
  • the conversion segments can each
  • the electromagnetic Secondary radiation can be, for example, green, yellow or red light.
  • the conversion segments include, for example
  • Matrix material are incorporated in the phosphor particles.
  • the matrix material can be, for example, a resin, such as an epoxy, or a silicone or a
  • the phosphor particles preferably impart the
  • one of the following materials is suitable for the phosphor particles: rare earth doped garnets, rare earth doped alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogallates, rare earth doped aluminates, rare earth doped silicates, rare earth doped orthosilicates, rare earths doped chlorosilicates, doped with rare earths
  • Oxynitrides rare earth doped aluminum oxynitrides, rare earth doped silicon nitrides, rare earth doped sialons, quantum dots. These materials can also be used without matrix material and applied directly.
  • the conversion segments can consist of one of the materials mentioned.
  • Conversion segments arranged in the openings.
  • the conversion segments completely fill the openings.
  • the conversion segments are preferably in direct and direct contact with the grid in the region of the openings at least in regions.
  • the grid surrounds the
  • Conversion segments for example, like a frame.
  • the openings may each have a rectangular, a
  • polygonal have a round or oval shape.
  • the conversion segments each completely cover the at least one side surface of the openings and preferably terminate flush with the first major surface and the second major surface of the lattice. Furthermore, it is possible for the conversion segments to project beyond the first main surface or the second main surface of the lattice and to be formed integrally over the first or the second main surface.
  • the grid comprises a semiconductor material, a plastic or a metal or consists of one of these materials.
  • the grid preferably forms a mechanically stabilizing component of the conversion element.
  • this includes
  • Conversion element a grid that has a variety of
  • Conversion segments which are adapted to convert at least a portion of a primary radiation into a secondary radiation, wherein the conversion segments are arranged in the openings, and the grid comprises a semiconductor material, a plastic or a metal or consists of one of these materials.
  • the grid has a thickness that is greater than a thickness of the grid
  • the conversion segments preferably complete each plane with one of the main surfaces of the grid, while the grid projects beyond the conversion segment on the other main surface.
  • the conversion segments have a thickness between 20 microns inclusive and 100 microns inclusive.
  • the grid has a thickness of between 20 microns and 120 microns inclusive.
  • the phosphor particles are in the
  • Layer preferably has a particularly high density of phosphor particles.
  • a particularly high density of phosphor particles for example, a
  • sedimented layer has a particle density of at least 50% by volume. This can be a small thickness of the
  • Conversion segments can be between 10 inclusive
  • Microns up to and including 50 microns.
  • the density of the phosphor particles may have a gradient that runs in the vertical direction.
  • the sedimented layer has due to its
  • Manufacturing process usually has a special structure by which the manufacturing process on the finished sedimented layer is detectable.
  • the phosphor particles the sedimented layer usually in direct contact with each other, for example.
  • a gradient of the density of the phosphor particles within the sedimented layer in the vertical direction is usually by means of
  • the grid has a thickness that is the same as a thickness of the grid
  • the grid has a thickness which is smaller than a thickness of the grid
  • Conversion segments preferably each plan flat with one of the major surfaces of the grid, while the conversion segments on the other major surface protrudes beyond the grid and completely covers this other major surface.
  • the grid has a thickness between 20 and 20 inclusive
  • conversion segments have a thickness of between 20 microns and 120 inclusive
  • Conversion segments on different phosphor particles The primary radiation can pass through the conversion segments with different phosphor particles into one another Secondary radiation are converted, each coming from a different wavelength range.
  • a conversion element on phosphor particles the
  • primary electromagnetic radiation such as blue light
  • secondary electromagnetic radiation such as red light
  • another conversion element converts the same primary electromagnetic radiation, such as blue light, into another secondary electromagnetic radiation, such as green light.
  • Conversion segments are achieved, which generate electromagnetic radiation of different color locations.
  • the grid comprises or consists of silicon.
  • silicon is aging and temperature stable.
  • silicon can be easily processed with machining methods
  • the grid is coated with a reflective layer.
  • the reflective layer preferably comprises one or more of the following materials or consists of one or more of these
  • the reflective layer may also be formed as a dielectric mirror comprising, for example, layers of silver and silicon oxide.
  • a thickness of the reflective layer is, for example, at least 10 nanometers or 20 nanometers or 30 nanometers and / or at most 100 nanometers or 200 nanometers or 500
  • the reflective layer preferably has for the electromagnetic primary radiation and / or the Electromagnetic secondary radiation to a reflectivity of at least 90%.
  • the plurality of openings each have a width and / or length between
  • the width or the length corresponds in each case to a smallest or largest extent of a
  • this includes
  • Optoelectronic component a semiconductor chip comprising a plurality of pixels.
  • the pixels each send
  • the radiation-emitting semiconductor chip is a
  • Radiation exit surfaces of the pixels is preferably formed by each part of a top surface of the semiconductor chip.
  • the plurality of radiation exit surfaces of the pixels preferably forms a radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • this includes
  • Optoelectronic component is a conversion element.
  • the conversion element is preferably the conversion element described above. That is, all in Connection with the conversion element disclosed above features and embodiments are also in
  • Conversion element arranged on the semiconductor chip.
  • the conversion element is preferably on the
  • Radiation exit surface of the semiconductor chip arranged.
  • the major surfaces of the grid of the semiconductor chip are arranged.
  • each pixel is assigned a conversion segment.
  • a conversion segment is preferably arranged above a pixel.
  • one radiation exit surface of a pixel is separated from a light entry surface of a pixel
  • Wavelength range to be converted is advantageously at least reduced by the grid.
  • the grid is by means of a transparent adhesive with the
  • the transparent adhesive mediates adhesion between the conversion element and the semiconductor chip. It is possible that only the Grid is in contact with the radiation exit surface by means of the transparent adhesive and the
  • the stand is configured to:
  • Conversion segments by means of a transparent adhesive with the radiation exit surface in contact In this case, the conversion segments in the region of the openings by means of a transparent adhesive in contact with the
  • a bonding agent is arranged between the grid and the conversion segments.
  • the adhesion promoter preferably comprises or consists of a silicone.
  • Phosphor particles are preferably introduced into the silicone.
  • the phosphor particles impart wavelength-converting properties to the silicone.
  • the silicone of the adhesion promoter preferably has the same phosphor particles as the adjacent one
  • the conversion element and the optoelectronic component described here is inter alia to use a grating in which conversion segments are introduced.
  • the Conversion segments can preferably be arranged over in each case one pixel of a pixelated semiconductor chip.
  • the grating preferably prevents crosstalk of emitted primary radiation of one pixel to neighboring pixels. This results in an improved contrast and a better color distribution over the component.
  • Conversion segments can be generated by sedimentation, resulting in a particularly good thermal connection to the semiconductor chip.
  • Conversion segments can be generated by sedimentation, resulting in a particularly good thermal connection to the semiconductor chip.
  • Conversion segments contain different phosphor particles. In this way, different color locations of the light emitted by the pixels of the component can be generated.
  • a grid material is provided.
  • the grid material preferably comprises a semiconductor material, a plastic or a metal or consists of one of these materials. If the grid material comprises or consists of a semiconductor material, a thickness of the grid material may be, for example
  • a plurality of openings are created in the grid material.
  • the openings are preferably arranged in the form of a matrix or form a matrix with rows and columns.
  • it may be an NxM matrix, that is, with N rows and M columns, where N and M are each a natural number greater than or equal to 3.
  • the matrix is
  • the grid material may comprise a plurality of such matrices, which are spaced from one another.
  • the grid material preferably comprises a first major surface facing a second major surface, the vertical direction being perpendicular to the major surfaces of the first major surface
  • Grid material runs. The grid material, the
  • Separates different openings within the matrix, parallel to the main surfaces of the grid material preferably has a thickness which is smaller than a thickness of
  • the openings preferably extend in vertical
  • the openings preferably do not completely penetrate the grid material at least initially.
  • a depth of openings in the grid material may be up to and including 20 microns
  • a conversion material is introduced into the opening, wherein each opening into which a conversion material has been introduced forms a conversion segment.
  • the conversion material is preferably present in a flowable form during introduction.
  • the conversion material is cured after insertion and forms each a conversion segment. It is possible that the conversion material is completely filled in the openings. Furthermore, the
  • Conversion material after the openings are filled be applied to the grid material, so that the
  • Conversion material covers the openings and a major surface of the grid material.
  • the grid material with the conversion material is singulated to the plurality of conversion elements, wherein the singulated grid material forms a grid.
  • the singulation is preferably carried out by cuts substantially perpendicular to the first and second major surfaces of the mesh material between adjacent matrices.
  • the cuts are made by the wider mesh material between adjacent matrices.
  • the cuts are produced, for example, by a laser or a saw blade.
  • the openings are produced by means of a lithographic process.
  • the grid material preferably comprises
  • the grid material by means of an injection molding or microembossing process or by Eroded generated. Is an injection molding or
  • the grid material preferably comprises a plastic or consists thereof.
  • the grating material preferably comprises a metal or consists thereof.
  • the conversion material can be introduced by means of dispensing or jetting in succession in each case an opening.
  • the conversion material may advantageously comprise different phosphor particles.
  • the grid material is applied to an intermediate carrier after the openings have been produced.
  • the conversion segments and the grid material are preferably in direct contact with the intermediate carrier.
  • the intermediate carrier is preferably removed.
  • Phosphor particles are sedimented in a matrix material after being introduced into the openings of the mesh material.
  • a grid material is preferably used in which the openings do not completely pierce the grid material.
  • the phosphor particles are sedimented in the flowable matrix material.
  • the phosphor particles sink due to the gravitational force in
  • the decrease of the phosphor particles can be accelerated for example by centrifugation.
  • sedimentation usually forms a
  • Conversion material cured after sedimentation and each forms a conversion segment.
  • the grid material after sedimentation of the first main surface of the grid material after sedimentation of the first main surface of the
  • the openings preferably do not completely penetrate the grid material.
  • the first major surface of the mesh material is formed by the major surface which is pierced by the apertures.
  • the grid material is thinned so that the first
  • Conversion material completes.
  • the grid material it is possible for the grid material to be thinned from the first major surface prior to sedimentation.
  • the second major surface is preferably through a bottom surface of the mesh material
  • the grid material is preferably thinned so far that the
  • Main surface of the grid material then preferably closes flat with the conversion material.
  • a thickness of the mesh material may, after thinning from the first major surface of the mesh material and / or the second major surface of the mesh material, for example between including 20 microns and including 50 microns.
  • the grid material and the conversion material can be further thinned in regions from the second major surface of the grid material.
  • the area to be further thinned is preferably below a respective matrix of openings.
  • the further thinning preferably produces a recess on the second major surface of the grid material.
  • a plurality of semiconductor chips are provided, each comprising a plurality of pixels.
  • the conversion element is produced by the method described above.
  • each pixel is assigned a conversion segment. Since the conversion segments are combined in a grid, an adjustment of the Conversion segments over the pixels advantageously simplified.
  • the pixels are actively or passively assigned to the conversion segments.
  • the conversion element is, for example by means of a "pick-and-place" method over a
  • Conversion segment is arranged over one pixel each.
  • Conversion segment each have a radiation exit surface of a pixel, preferably completely.
  • the semiconductor chip is arranged in the recess in the second main surface of the grid material.
  • the semiconductor chip has the same dimensions parallel to the main surface of the grating.
  • the dimensions of the semiconductor chip parallel to the main surface of the grid are smaller than the dimensions of the recess. The semiconductor chip can thus be used accurately in the recess.
  • connection with the optoelectronic component disclosed features and embodiments are also applicable in connection with the method and vice versa.
  • the method comprises the step of depositing a patterned sacrificial layer on the semiconductor chip, the structured sacrificial layer having cavities.
  • the semiconductor chip is present as a wafer.
  • the cavities penetrate the sacrificial layer preferably completely in the vertical direction.
  • the structured sacrificial layer is for example from a
  • the photoresist can over the
  • the cavities can then preferably be produced by wet-chemical etching.
  • the cavities then completely penetrate the structured sacrificial layer and release the semiconductor chip.
  • the photoresist can be applied to the semiconductor chip by means of a mask, so that the semiconductor chip is exposed in the region of the cavities.
  • Conversion material introduced into the cavities wherein the conversion material is preferably associated with each pixel.
  • the cavities are preferably located above one pixel of the semiconductor chip.
  • the material of the structured sacrificial layer is thus preferably arranged between adjacent pixels.
  • the conversion material can be cured after insertion and forms each a conversion segment.
  • the structured sacrificial layer is removed again.
  • structured sacrificial layer may preferably be produced by chemical etching. The removal preferably results in gaps between adjacent conversion segments.
  • a grid material is introduced into the gap.
  • the gaps are preferably with a metallic material, for example by means of a chemical vapor deposition process (English “Chemical vapor deposition “, in short” CVD ”) or a physical vapor deposition process (English” physical vapor deposition ", short” PVD ”) filled.
  • the gaps may be filled with a plastic by one of the following deposition processes:
  • the gaps may be filled with a silicone are incorporated into the Ti02 particles _.
  • Materials also cover the conversion segments.
  • the materials introduced into the column are preferably removed from the conversion elements
  • Figures 1 to 6 are schematic sectional views of an optoelectronic device according to each one
  • FIG. 7 shows a schematic top view of a method stage during the production of a multiplicity of conversion elements according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 8 to 13 are schematic sectional views of
  • Figure 14 is a schematic sectional view of a
  • FIGS 15 to 19 are schematic sectional views of
  • Figure 20 is a schematic sectional view of a
  • Figures 21 to 25 are schematic sectional views of
  • Optoelectronic component 1 a semiconductor chip 3, which has a plurality of pixels 4 and a radiation exit surface 5.
  • a conversion element 2 is arranged, which has a grid 6, which comprises a plurality of openings 7. In the openings are respectively
  • Conversion segments 8 arranged.
  • the conversion segments 8 are each assigned to a pixel 4.
  • the material of the grid 6 is arranged between adjacent pixels 4 and separates the conversion segments 8 from each other.
  • the grating 6 and the conversion segments 8 are in direct contact with the radiation exit surface 5.
  • the conversion segments 8 each terminate flush with a first main surface 9 and second main surface 10 of the grating 6.
  • FIG. 2 represents an optoelectronic component 1 in which the
  • Conversion segments 8 the first major surface 9 of the grid 6 project beyond and are formed integrally over the first main surface 9.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 shows an optoelectronic component 1 in which the grating 6 has a thickness 11 which is greater than a thickness 12 of the conversion segments 8.
  • the conversion segments 8 preferably have phosphor particles in a matrix material, which are sedimented in a sedimentation layer. The conversion segments thus cover the side surfaces 13 of the openings 7 in regions.
  • FIG. 4 shows an optoelectronic component 1 which, analogously to FIG. 3, has conversion segments 8 which cover the side surfaces 13 of the openings 7 in regions.
  • the conversion element 2 is rotated by 180 °, so that the conversion segments 8 have a distance from the semiconductor chip 2.
  • FIG. 5 shows, in contrast to FIG
  • Optoelectronic component 1 in which the grating 6 is thinned so that the first main surface 9 of the grating 6 is flush with the sedimented conversion segment 8.
  • an optoelectronic component 1 is shown in which, in contrast to FIG. 5, the conversion segments 8, 8 'each have different phosphor particles.
  • openings 7 are introduced, which completely penetrate the grid material 14.
  • the openings 7 preferably form a matrix with rows and columns.
  • the matrix is a 3x3 matrix.
  • the mesh material has a plurality of such matrices, which are spaced from each other.
  • Grid material that separates different segments within the matrix is thereby thinner than the grid material between adjacent matrices.
  • the grid material 14, as shown in FIG. 9, is applied to an intermediate carrier 15 and then, as shown in FIG. 10, from a first main surface 9 of the mesh material 14 from thinned. A bottom surface of the openings 7 is formed by the intermediate carrier 15.
  • the thinning of the first major surface 9 of the mesh material 14 may occur in a later step of the process.
  • Conversion segment 8 The conversion segments 8 conclude with the grid material 14 in the vertical direction plan.
  • Matrix material 16 sedimented after introduction.
  • Matrix material 16 or the conversion segments 8 thus cover the side surfaces 13 of the openings 7
  • the grid material 14 thus has a thickness which is greater than a thickness of the conversion segments 8.
  • the isolated grid material 14 in each case forms the grid 6.
  • a plurality of semiconductor chips 3 each comprising a plurality of pixels 4 are provided.
  • the isolated grid 6 with the Conversion segments 8 applied, wherein the grid 6 with the conversion segments 8 were previously detached from the intermediate carrier 15.
  • Each pixel 4 is one
  • a grid material 14 is provided.
  • a plurality of openings 7 is introduced, which at least initially not completely, but only partially penetrate the grid material 14 at least.
  • a bottom surface of the openings 7 is formed by the mesh material 14.
  • FIGS. 16 and 17 take place analogously to the steps which are illustrated in FIGS. 11 and 12 and have already been described in connection with these figures.
  • the grid material 14 is thinned so far that the bottom surface is completely removed and the openings 7, the grid material 14 completely
  • Main surface 10 of the grid material 14 then concludes plan with the conversion material 16.
  • the grid material 14 with the conversion segments 8 is arranged on an intermediate carrier 15.
  • the step according to FIG. 19 is analogous to the step which is illustrated in FIG. 13 and has already been described in connection with FIG.
  • Conversion material 16 partially from the second Main surface 10 of the grid material 14 from further thinned, as shown in Figure 20.
  • a plurality of semiconductor chips 3 each comprising a plurality of pixels 4 are provided.
  • Semiconductor chips 3 are inserted into the recess on the second major surface 10 of the grid material 14.
  • Semiconductor chip 3 is provided as shown in FIG.
  • a conversion material 16 is introduced into the cavities 19. Then the sacrificial layer 17 is removed (FIG. 24). The removal creates column 18 between adjacent ones

Abstract

Es wird ein Konversionselement (2) angegeben mit: einem Gitter (6), das eine Vielzahl von Öffnungen (7) umfasst, und einer Vielzahl von Konversionssegmenten (8), die dazu ausgebildet sind, einen Teil einer Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren, wobei die Konversionssegmente (8) in den Öffnungen (7) angeordnet sind, und das Gitter (6) ein Halbleitermaterial, ein Kunststoff oder ein Metall umfasst oder daraus besteht. Außerdem werden ein optoelektronisches Bauteil (1) damit, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen (2), ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen (1) jeweils mit einem Konversionselement (2) und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils (1) angegeben.

Description

Beschreibung
KONVERSIONSELEMENT, OPTOELEKTRONISCHES BAUTEIL, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VIELZAHL VON KONVERSIONSELEMENTEN,
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VIELZAHL VON OPTOELEKTRONISCHEN BAUTEILEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUTEILS
Es werden ein Konversionselement und ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Darüber hinaus werden ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von
optoelektronischen Bauteilen und ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement und ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das die
Erzeugung eines besonders guten Kontrasts zwischen
verschiedenen Pixeln und eine besonders gute Farbverteilung ermöglicht. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl solcher Konversionselemente und ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl optoelektronischer Bauteile angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Konversionselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein optoelektronisches Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 11 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 20 gelöst .
Vorteilhafte Ausführungsformen des Konversionselements, des optoelektronischen Bauteils, des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen und des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen
Bauteilen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement ein Gitter, das eine Vielzahl von
Öffnungen umfasst. Die Öffnungen des Gitters erstrecken sich dabei bevorzugt in einer vertikalen Richtung. Die vertikale Richtung erstreckt sich hierbei von einer ersten Hauptfläche des Gitters zu einer zweiten Hauptfläche des Gitter, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt. Zumindest eine
Seitenfläche der Öffnung, die die erste und zweite
Hauptfläche verbindet, ist bevorzugt durch das Gitter
gebildet. Bevorzugt durchdringen die Öffnungen das Gitter vollständig .
Die Öffnungen können dabei bevorzugt matrixartig, das heißt entlang von Spalten und Zeilen angeordnet sein. Bevorzugt sind die Öffnungen an Gitterpunkten eines regelmäßigen
Musters angeordnet. Die Öffnungen sind dabei bevorzugt lateral beabstandet zueinander angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement eine Vielzahl von Konversionssegmenten, die jeweils dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil einer Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren.
Das heißt, die Konversionssegmente können jeweils
elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung eines anderen Wellenlängenbereichs
umwandeln. Beispielsweise handelt es sich bei der
elektromagnetischen Primärstrahlung um blaues oder
ultraviolettes Licht. Die elektromagnetische Sekundärstrahlung kann beispielsweise grünes, gelbes oder rotes Licht sein.
Die Konversionssegmente umfassen beispielsweise ein
Matrixmaterial, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz, wie etwa um ein Epoxid, oder um ein Silikon oder um ein
Polysilazan oder um eine Mischung dieser Materialien handeln. Bevorzugt verleihen die Leuchtstoffpartikel dabei den
Konversionssegmenten und somit dem Konversionselement die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften. Die
Konversionssegmente können hierbei unterschiedliche
wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweisen oder gleiche wellenlängenkonvertierende Eigenschaften.
Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte
Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte
Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone, Quantum dots. Diese Materialien können auch ohne Matrixmaterial Verwendung finden und direkt aufgebracht werden. Die Konversionssegmente können aus einem der genannten Materialien bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Konversionssegmente in den Öffnungen angeordnet. Bevorzugt füllen die Konversionssegmente die Öffnungen vollständig aus. Die Konversionssegmente stehen bevorzugt mit dem Gitter im Bereich der Öffnungen zumindest bereichsweise in direktem und unmittelbarem Kontakt. Das Gitter umgibt die
Konversionssegmente beispielsweise rahmenartig. Die Öffnungen können beispielsweise jeweils eine rechteckige, eine
vieleckige, eine runde oder eine ovale Form aufweisen.
Bevorzugt bedecken die Konversionssegmente jeweils die zumindest eine Seitenfläche der Öffnungen vollständig und schließen bevorzugt plan mit der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche des Gitters ab. Ferner ist es möglich, dass die Konversionssegmente die erste Hauptfläche oder die zweite Hauptfläche des Gitters überragen und über der ersten oder der zweiten Hauptfläche zusammenhängend ausgebildet sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Gitter ein Halbleitermaterial, einen Kunststoff oder ein Metall oder besteht aus einem dieser Materialien. Das Gitter bildet bevorzugt eine mechanisch stabilisierende Komponente des Konversionselements .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement ein Gitter, das eine Vielzahl von
Öffnungen umfasst, und eine Vielzahl von
Konversionssegmenten, die dazu ausgebildet sind, zumindest einen Teil einer Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren, wobei die Konversionssegmente in den Öffnungen angeordnet sind, und das Gitter ein Halbleitermaterial, ein Kunststoff oder ein Metall umfasst oder aus einem dieser Materialien besteht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Gitter eine Dicke auf, die größer ist als eine Dicke der
Konversionssegmente. Die Konversionssegmente bedecken
bevorzugt jeweils bereichsweise die zumindest eine
Seitenfläche der Öffnungen. In diesem Fall schließen die Konversionssegmente bevorzugt jeweils plan mit einer der Hauptflächen des Gitters ab, während das Gitter an der anderen Hauptfläche über das Konversionssegment hinausragt. Beispielsweise weisen die Konversionssegmente eine Dicke zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf. Das Gitter weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 120 Mikrometer auf.
Beispielsweise sind die Leuchtstoffpartikel in dem
Matrixmaterial der Konversionssegmente in einer
sedimentierten Schicht sedimentiert . Die sedimentierte
Schicht weist dabei bevorzugt eine besonders hohe Dichte an Leuchtstoffpartikeln auf. Beispielsweise weist eine
sedimentierte Schicht eine Partikeldichte mindestens 50 Vol.- % auf. Dadurch kann eine geringe Dicke der
Konversionssegmente erzielt werden. Die Dicke der
Konversionssegmente kann zwischen einschließlich 10
Mikrometer bis einschließlich 50 Mikrometer betragen.
Innerhalb der sedimentierten Schicht kann die Dichte der Leuchtstoffpartikel einen Gradienten aufweisen, der in vertikaler Richtung verläuft.
Die sedimentierte Schicht weist aufgrund ihres
Herstellungsprozesses in der Regel eine besondere Struktur auf, durch die der Herstellungsprozess an der fertigen sedimentierten Schicht nachweisbar ist. Neben der oben erwähnten hohen Partikeldichte stehen die Leuchtstoffpartikel der sedimentierten Schicht in der Regel beispielsweise in direktem Kontakt miteinander. Auch ein Gradient der Dichte der Leuchtstoffpartikel innerhalb der sedimentierten Schicht in vertikaler Richtung wird in der Regel mittels
Sedimentation erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Gitter eine Dicke auf, die gleich groß ist wie eine Dicke der
Konversionssegmente. Die Konversionssegmente bedecken
bevorzugt jeweils die zumindest eine Seitenfläche der
Öffnungen vollständig. In diesem Fall schließen die
Konversionssegmente plan mit der ersten und der zweiten
Hauptfläche des Gitters ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Gitter eine Dicke auf, die kleiner ist als eine Dicke der
Konversionssegmente. Die Konversionssegmente bedecken
bevorzugt jeweils die zumindest eine Seitenfläche der
Öffnungen vollständig. In diesem Fall schließen die
Konversionssegmente bevorzugt jeweils plan mit einer der Hauptflächen des Gitters ab, während die Konversionssegmente an der anderen Hauptfläche über das Gitter hinausragt und diese andere Hauptfläche vollständig bedeckt. Beispielsweise weist das Gitter eine Dicke zwischen einschließlich 20
Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf. Die
Konversionssegmente weisen beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 120
Mikrometer auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Konversionssegmente unterschiedliche Leuchtstoffpartikel auf. Die Primärstrahlung kann durch die Konversionssegmente mit unterschiedlichen Leuchtstoffpartikeln in jeweils eine andere Sekundärstrahlung konvertiert werden, die jeweils aus einem anderen Wellenlängenbereich stammt. Beispielsweise weist ein Konversionselement Leuchtstoffpartikel auf, die
elektromagnetische Primärstrahlung, etwa blaues Licht, in elektromagnetische Sekundärstrahlung, wie rotes Licht, umwandelt, während ein anderes Konversionselement die gleiche elektromagnetische Primärstrahlung, etwa blaues Licht, in eine andere elektromagnetische Sekundärstrahlung, etwa grünes Licht, umwandelt. Vorteilhafterweise können damit
Konversionssegmente erzielt werden, die elektromagnetische Strahlung verschiedener Farborte erzeugen.
Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gitter Silizium oder besteht daraus. Vorteilhafterweise ist Silizium alterungs- und temperaturstabil. Zudem lässt sich Silizium einfach mit Bearbeitungsmethoden der
Halbleiterfertigung zu einem Gitter strukturieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gitter mit einer reflektierenden Schicht beschichtet. Die reflektierende Schicht umfasst bevorzugt ein oder mehrere der nachfolgenden Materialien oder besteht aus einem oder mehreren dieser
Materialien: Ag, Al, Al: Cu, Rh, Pd, Pt, TCO, beispielsweise ITO. Weiterhin kann die reflektierende Schicht auch als dielektrischer Spiegel ausgebildet sein, der beispielsweise Schichten aus Silber und Siliziumoxid umfasst. Eine Dicke der reflektierenden Schicht beträgt beispielsweise mindestens 10 Nanometer oder 20 Nanometer oder 30 Nanometer und/oder höchstens 100 Nanometer oder 200 Nanometer oder 500
Nanometer .
Die reflektierende Schicht weist dabei vorzugsweise für die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die elektromagnetische Sekundärstrahlung eine Reflektivität von wenigstens 90 % auf. Vorteilhafterweise steigert die
reflektierende Schicht die Lichtauskopplung aus dem
Konversionselement .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vielzahl von Öffnungen jeweils eine Breite und/oder Länge zwischen
einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 200
Mikrometer auf. Die Breite oder die Länge entspricht jeweils einer kleinsten oder größten Ausdehnung einer
Querschnittsfläche der Öffnungen parallel zu den Hauptflächen des Gitters. Das heißt, die Breite oder die Länge ist jeweils der Abstand zwischen zwei sich gegenüberliegenden
Seitenflächen der Öffnung.
Weiterhin wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil einen Halbleiterchip, der eine Vielzahl von Pixeln umfasst. Die Pixel senden jeweils
elektromagnetische Primärstrahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aus. Bevorzugt handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um einen
pixelierten Leuchtdiodenchip. Eine Vielzahl von
Strahlungsaustrittsflächen der Pixel ist bevorzugt durch jeweils einen Teil einer Deckfläche des Halbleiterchips gebildet. Die Vielzahl von Strahlungsaustrittsflächen der Pixel bildet bevorzugt eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil ein Konversionselement. Bei dem Konversionselement handelt es sich bevorzugt um das zuvor beschriebene Konversionselement. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Konversionselement offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind auch in
Verbindung mit dem hier beschriebenen Konversionselement anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement auf dem Halbleiterchip angeordnet. Das Konversionselement ist bevorzugt auf der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet. Bevorzugt verlaufen die Hauptflächen des Gitters des
Konversionselements parallel zu der
Strahlungsaustrittsfläche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedem Pixel ein Konversionssegment zugeordnet. Bevorzugt ist dabei jeweils ein Konversionssegment über einem Pixel angeordnet.
Beispielsweise ist jeweils eine Strahlungsaustrittfläche eines Pixels von einer Lichteintrittsfläche eines
Konversionssegments überdeckt. Insbesondere sind die
Konversionssegmente jeweils über der
Strahlungsaustrittsfläche der Pixel angeordnet.
Vorteilhafterweise kann die von den Pixeln emittierte
Primärstrahlung durch jeweils ein Konversionssegment in jeweils eine Sekundärstrahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs konvertiert werden. Ein Übersprechen in andere Pixelbereiche wird durch das Gitter vorteilhafterweise zumindest verringert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht das Gitter mittels einem transparenten Kleber mit der
Strahlungsaustrittsfläche in Kontakt. Der transparente Kleber vermittelt dabei eine Haftung zwischen dem Konversionselement und dem Halbleiterchip. Es ist möglich, dass lediglich das Gitter mittels des transparenten Klebers mit der Strahlungsaustrittsfläche in Kontakt steht und die
Konversionssegmente einen Abstand zur
Strahlungsaustrittsfläche aufweisen, beispielsweise wenn das Gitter eine größere Dicke aufweist als die
Konversionselemente. Vorteilhafterweise sind die
Konversionssegmente thermisch besser von dem Halbleiterchip entkoppelt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform stehen die
Konversionssegmente mittels einem transparenten Kleber mit der Strahlungsaustrittsfläche in Kontakt. In diesem Fall stehen die Konversionssegmente im Bereich der Öffnungen mittels eines transparenten Klebers in Kontakt zu der
Strahlungsaustrittsfläche. In diesem Fall ist die thermische Verbindung der Konversionssegmente an den Halbleiterchip besonders gut.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem Gitter und den Konversionssegmenten ein Haftvermittler angeordnet. Der Haftvermittler umfasst bevorzugt ein Silikon oder besteht daraus. In das Silikon sind bevorzugt Leuchtstoffpartikel eingebracht. Die Leuchtstoffpartikel verleihen dabei dem Silikon wellenlängenkonvertierende Eigenschaften.
Vorteilhafterweise wird so die Haftung zwischen den
Konversionssegmenten und dem Gitter verbessert. Bevorzugt weist das Silikon des Haftvermittlers hierbei die gleichen Leuchtstoffpartikel auf wie das angrenzende
Konversionselement .
Eine Idee des hier beschriebenen Konversionselements und des optoelektronischen Bauteils ist unter anderem, ein Gitter zu verwenden, in das Konversionssegmente eingebracht sind. Die Konversionssegmente können bevorzugt über jeweils einem Pixel eines pixelierten Halbleiterchips angeordnet werden. Das Gitter verhindert dabei bevorzugt ein Übersprechen von emittierter Primärstrahlung eines Pixels zu benachbarten Pixeln. Dies resultiert in einem verbesserten Kontrast sowie einer besseren Farbverteilung über dem Bauteil. Die
Konversionssegmente können durch Sedimentation erzeugt werden, wodurch eine besonders gute thermische Anbindung an den Halbleiterchip resultiert. Zudem können die
Konversionssegmente unterschiedliche Leuchtstoffpartikel enthalten. Damit können unterschiedliche Farborte des von den Pixeln des Bauteils ausgesandten Lichts erzeugt werden.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen angegeben, mit dem ein hier beschriebenes Konversionselement hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem Konversionselement
offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Gittermaterial bereitgestellt. Das Gittermaterial umfasst bevorzugt ein Halbleitermaterial, einen Kunststoff oder ein Metall oder besteht aus einem dieser Materialien. Umfasst das Gittermaterial ein Halbleitermaterial oder besteht daraus, kann eine Dicke des Gittermaterials beispielsweise
einschließlich 100 Mikrometer bis einschließlich 200
Mikrometer betragen. Vorteilhafterweise kann das
Gittermaterial in den folgenden Verfahrensschritten dadurch besonders gut gehandhabt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl von Öffnungen in dem Gittermaterial erzeugt. Die Öffnungen sind bevorzugt matrixartig angeordnet oder bilden eine Matrix mit Zeilen und Spalten. Insbesondere kann es sich um eine NxM Matrix handeln, also mit von N Zeilen und M Spalten, wobei N und M jeweils eine natürliche Zahl größer oder gleich 3 ist. Bei der Matrix handelt es sich
beispielsweise um eine mindestens 3x3 große Matrix oder um eine höchstens 1000x1000 große Matrix. Insbesondere kann das Gittermaterial eine Vielzahl solcher Matrizen aufweisen, die beabstandet zueinander angeordnet sind.
Das Gittermaterial umfasst bevorzugt eine erste Hauptfläche, die einer zweiten Hauptfläche gegenüberliegt, wobei die vertikale Richtung senkrecht zu den Hauptflächen des
Gittermaterials verläuft. Das Gittermaterial, das
unterschiedliche Öffnungen innerhalb der Matrix trennt, weist parallel zu den Hauptflächen des Gittermaterials bevorzugt eine Dicke auf, die kleiner als eine Dicke des
Gittermaterials zwischen benachbarten Matrizen ist.
Die Öffnungen erstrecken sich bevorzugt in vertikaler
Richtung durch das Gittermaterial. Die Öffnungen durchdringen dabei das Gittermaterial bevorzugt zumindest zunächst nicht vollständig. Eine Tiefe der Öffnungen im Gittermaterial kann beispielsweise einschließlich 20 Mikrometer bis
einschließlich 50 Mikrometer betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Konversionsmaterial in die Öffnung eingebracht, wobei jede Öffnung, in die ein Konversionsmaterial eingebracht wurde, ein Konversionssegment bildet. Das Konversionsmaterial liegt beim Einbringen bevorzugt in einer fließfähigen Form vor. In diesem Fall wird das Konversionsmaterial nach dem Einbringen ausgehärtet und bildet jeweils ein Konversionssegment. Es ist möglich, dass das Konversionsmaterial vollständig in die Öffnungen gefüllt wird. Ferner kann das
Konversionsmaterial, nachdem die Öffnungen gefüllt sind, auf das Gittermaterial aufgebracht werden, sodass das
Konversionsmaterial die Öffnungen und eine Hauptfläche des Gittermaterials bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Gittermaterial mit dem Konversionsmaterial zu der Vielzahl von Konversionselementen vereinzelt, wobei das vereinzelte Gittermaterial ein Gitter bildet. Die Vereinzelung erfolgt bevorzugt durch Schnitte im Wesentlichen senkrecht zu der ersten und zweiten Hauptfläche des Gittermaterials zwischen benachbarter Matrizen. Bevorzugt erfolgen die Schnitte durch das breitere Gittermaterial zwischen benachbarten Matrizen. Die Schnitte werden beispielsweise durch einen Laser oder ein Sägeblatt erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Öffnungen mittels eines lithographischen Prozesses erzeugt.
Beispielsweise werden Bereiche des Gittermaterials durch einen Fotolack bedeckt, in denen das Gittermaterial nicht entfernt wird. Die Öffnungen werden bevorzugt durch einen nasschemischen Ätzprozess erzeugt, wobei das Gittermaterial in den Bereichen abgetragen wird, die nicht von dem Fotolack bedeckt sind. Wird ein solcher lithographischer Prozess angewandt, umfasst das Gittermaterial bevorzugt ein
Halbleitermaterial oder besteht daraus. Dadurch kann ein besonders gutes Aspektverhältnis erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Gittermaterial mittels eines Spritzguss- oder Mikroprägeprozesses oder durch Erodieren erzeugt. Wird ein Spritzguss- oder
Mikroprägeprozesses verwendet, umfasst das Gittermaterial bevorzugt ein Kunststoff oder besteht daraus. Bei dem
Erodieren umfasst das Gittermaterial bevorzugt ein Metall oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Konversionsmaterial mittels Dispensen, Jetten, Drucken,
Sprühen mit Maske oder Rakeln in die Öffnungen eingebracht. Insbesondere kann das Konversionsmaterial mittels Dispensen oder Jetten nacheinander in jeweils eine Öffnung eingebracht werden. Hierbei kann das Konversionsmaterial mit Vorteil jeweils unterschiedliche Leuchtstoffpartikel umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Gittermaterial nach dem Erzeugen der Öffnungen auf einen Zwischenträger aufgebracht. Die Konversionssegmente und das Gittermaterial stehen bevorzugt in direktem Kontakt mit dem Zwischenträger. Nach dem Schritt des Vereinzeins wird der Zwischenträger bevorzugt entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden
Leuchtstoffpartikel in einem Matrixmaterial sedimentiert, nachdem sie in die Öffnungen des Gittermaterials eingebracht wurden. Hierbei wird bevorzugt ein Gittermaterial verwendet, bei dem die Öffnungen das Gittermaterial nicht vollständig durchstoßen. Bevorzugt werden die Leuchtstoffpartikel in dem fließfähigen Matrixmaterial sedimentiert. Hierbei sinken die Leuchtstoffpartikel aufgrund der Gravitationskraft in
vertikaler Richtung ab. Das Absinken der Leuchtstoffpartikel kann beispielsweise durch Zentrifugation beschleunigt werden. Durch die Sedimentation bildet sich in der Regel eine
sedimentierte Schicht, die eine dichte Anordnung von Leuchtstoffpartikeln aufweist, über der eine Schicht mit Matrixmaterial angeordnet ist, die deutlich weniger
Leuchtstoffpartikel aufweist oder im Wesentlichen frei ist von Leuchtstoffpartikeln. Bevorzugt wird das
Konversionsmaterial nach dem Sedimentieren ausgehärtet und bildet jeweils ein Konversionssegment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Gittermaterial nach dem Sedimentieren von der ersten Hauptfläche des
Gittermaterials gedünnt. Hierbei durchstoßen die Öffnungen das Gittermaterial bevorzugt nicht vollständig. Die erste Hauptfläche des Gittermaterials wird durch die Hauptfläche gebildet, die durch die Öffnungen durchbrochen ist. Bevorzugt wird das Gittermaterial so gedünnt, dass die erste
Hauptfläche des Gittermaterials plan mit dem
Konversionsmaterial abschließt. Alternativ ist es möglich, dass das Gittermaterial vor dem Sedimentieren von der ersten Hauptfläche gedünnt wird.
Zusätzlich ist es möglich, dass das Gittermaterial vor oder nach dem Sedimentieren von der zweiten Hauptfläche des
Gittermaterials aus gedünnt wird. Die zweite Hauptfläche ist bevorzugt durch eine Bodenfläche des Gittermaterials
gebildet, die nicht durch die Öffnungen durchbrochen ist. Das Gittermaterial wird bevorzugt so weit gedünnt, dass die
Bodenfläche vollständig abgetragen ist und die Öffnungen das Gittermaterial vollständig durchdringen. Die zweite
Hauptfläche des Gittermaterials schließt dann bevorzugt plan mit dem Konversionsmaterial ab.
Eine Dicke des Gittermaterials kann nach dem Dünnen von der ersten Hauptfläche des Gittermaterials und/oder der zweiten Hauptfläche des Gittermaterials beispielsweise zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer betragen .
Ferner können das Gittermaterial und das Konversionsmaterial bereichsweise von der zweiten Hauptfläche des Gittermaterials aus weiter gedünnt werden. Der weiter zu dünnende Bereich liegt bevorzugt unterhalb jeweils einer Matrix von Öffnungen. Insbesondere wird das Gittermaterial, das zwischen
benachbarten Matrizen angeordnet ist, nicht weiter gedünnt. Das weitere Dünnen erzeugt bevorzugt eine Ausnehmung an der zweiten Hauptfläche des Gittermaterials.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen angegeben, mit dem ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem
optoelektronischen Bauteil offenbarten Merkmale und
Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem
Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Halbleiterchips bereitgestellt, die jeweils eine Vielzahl von Pixeln umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird jeweils ein
Konversionselement auf jeweils einen Halbleiterchip
aufgebracht. Bevorzugt ist das Konversionselement nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird jedem Pixel ein Konversionssegment zugeordnet. Da die Konversionssegmente in einem Gitter zusammengefasst sind, wird eine Justage der Konversionssegmente über den Pixeln vorteilhafterweise vereinfacht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Pixel den Konversionssegmenten aktiv oder passiv zugeordnet. Bei einer aktiven Zuordnung wird das Konversionselement beispielsweise mittels eines „pick-and-place"-Verfahrens über einem
Halbleiterchip positioniert, sodass jeweils ein
Konversionssegment über jeweils einem Pixel angeordnet ist. Bevorzugt überdeckt eine Lichteintrittsfläche eines
Konversionssegments jeweils eine Strahlungsaustrittfläche eines Pixels, bevorzugt vollständig.
Bei der passiven Zuordnung wird der Halbleiterchip in die Ausnehmung in der zweiten Hauptfläche des Gittermaterials angeordnet. Bevorzugt weist der Halbleiterchip die gleichen Ausdehnungen parallel zu der Hauptfläche des Gitters auf. Bevorzugt sind die Ausdehnungen des Halbleiterchips parallel zu der Hauptfläche des Gitters kleiner als die Ausdehnungen der Ausnehmung. Der Halbleiterchip kann damit passgenau in die Ausnehmung eingesetzt werden.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils angegeben. Sämtliche in
Verbindung mit dem optoelektronischen Bauteil offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Aufbringens einer strukturierten Opferschicht auf dem Halbleiterchip, wobei die strukturierte Opferschicht Kavitäten aufweist. Bevorzugt liegt der Halbleiterchip als Wafer vor. Die Kavitäten durchdringen die Opferschicht dabei bevorzugt vollständig in vertikaler Richtung. Die strukturierte Opferschicht ist beispielsweise aus einem
Fotolack gebildet.
In einem ersten Schritt kann der Fotolack über dem
Halbleiterchip aufgebracht werden und diesen zunächst
vollständig bedecken. Die Kavitäten können dann bevorzugt durch nasschemisches Ätzen erzeugt werden. Die Kavitäten durchdringen dann die strukturierte Opferschicht vollständig und legen den Halbleiterchip frei. Ferner kann der Fotolack mittels einer Maske auf den Halbleiterchip aufgebracht werden, sodass der Halbleiterchip im Bereich der Kavitäten freiliegt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Konversionsmaterial in die Kavitäten eingebracht, wobei das Konversionsmaterial bevorzugt jeweils einem Pixel zugeordnet ist. Die Kavitäten befinden sich bevorzugt über jeweils einem Pixel des Halbleiterchips. Das Material der strukturierten Opferschicht ist damit bevorzugt zwischen benachbarten Pixeln angeordnet. Das Konversionsmaterial kann nach dem Einbringen ausgehärtet werden und bildet jeweils ein Konversionssegment.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die strukturierte Opferschicht wieder entfernt. Der Materialabtrag der
strukturierten Opferschicht kann bevorzugt durch chemisches Ätzen erzeugt werden. Durch das Entfernen entstehen bevorzugt Spalte zwischen benachbarten Konversionssegmenten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Gittermaterial in die Spalte eingebracht. Die Spalte werden bevorzugt mit einem metallischen Material, beispielsweise mittels eines chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses (englisch „Chemical vapor deposition", kurz „CVD") oder eines physikalischen Gasphasenabscheidungsprozesses (englisch „physical vapor deposition", kurz „PVD") , gefüllt.
Alternativ können die Spalte mit einem Kunststoff mittels einem der folgenden Abscheideprozesse gefüllt werden:
Sputtern, PVD, Verdampfen.
Insbesondere können die Spalte mit einem Silikon gefüllt werden, in das Ti02_Partikel eingebracht sind.
Es ist möglich, dass die in die Spalte eingebrachten
Materialien auch die Konversionssegmente bedecken. In diesem Fall werden die in die Spalte eingebrachten Materialien bevorzugt von den Konversionselementen entfernt,
beispielsweise durch Rückschleifen.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Konversionselement, das optoelektronische Bauteil sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von
Konversionselementen und das Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen anhand von
Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert .
Es zeigen:
Figuren 1 bis 6 schematische Schnittdarstellungen eines optoelektronischen Bauteils gemäß jeweils einem
Ausführungsbeispiel , Figur 7 eine schematische Draufsicht eines Verfahrensstadiums bei der Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 8 bis 13 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien bei der Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 14 eine schematische Schnittdarstellung eines
Verfahrensstadiums bei der Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 15 bis 19 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien bei der Herstellung einer Vielzahl von Konversionselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 20 eine schematische Schnittdarstellung eines
Verfahrensstadiums bei der Herstellung einer Vielzahl von optoelektronischen Bauteilen gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 21 bis 25 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien bei der Herstellung eines
optoelektronischen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 umfasst das
optoelektronische Bauteil 1 einen Halbleiterchip 3, der eine Vielzahl von Pixeln 4 und eine Strahlungsaustrittsfläche 5 aufweist. Auf dem Halbleiterchip 3 ist ein Konversionselement 2 angeordnet, das ein Gitter 6 aufweist, das eine Vielzahl von Öffnungen 7 umfasst. In den Öffnungen sind jeweils
Konversionssegmente 8 angeordnet. Die Konversionssegmente 8 sind dabei jeweils einem Pixel 4 zugeordnet. Das Material des Gitters 6 ist zwischen benachbarten Pixeln 4 angeordnet und trennt die Konversionssegmente 8 voneinander.
Das Gitter 6 und die Konversionssegmente 8 stehen vorliegend in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche 5.
Zudem schließen die Konversionssegmente 8 jeweils plan mit einer ersten Hauptfläche 9 und zweiten Hauptfläche 10 des Gitters 6 ab.
Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt ein optoelektronisches Bauteil 1 dar, bei dem die
Konversionssegmente 8 die erste Hauptfläche 9 des Gitters 6 überragen und über der ersten Hauptfläche 9 zusammenhängend ausgebildet sind.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 zeigt im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ein optoelektronisches Bauteil 1, bei dem das Gitter 6 eine Dicke 11 aufweist, die größer ist als eine Dicke 12 der Konversionssegmente 8. Die Konversionssegmente 8 weisen bevorzugt Leuchtstoffpartikel in einem Matrixmaterial auf, die in einer Sedimentationsschicht sedimentiert sind. Die Konversionssegmente bedecken damit die Seitenflächen 13 der Öffnungen 7 bereichsweise. Figur 4 stellt ein optoelektronisches Bauteil 1 dar, das analog zu Figur 3 Konversionssegmente 8 aufweist, die die Seitenflächen 13 der Öffnungen 7 bereichsweise bedecken. Das Konversionselement 2 ist dagegen um 180° gedreht, sodass die Konversionssegmente 8 einen Abstand zu dem Halbleiterchip 2 aufweisen .
Figur 5 zeigt im Unterschied zu Figur 3 ein
optoelektronisches Bauteil 1, bei dem das Gitter 6 so gedünnt ist, dass die erste Hauptfläche 9 des Gitters 6 plan mit dem sedimentierten Konversionssegment 8 abschließt.
Gemäß Figur 6 ist ein optoelektronisches Bauteil 1 gezeigt, bei dem im Unterschied zu Figur 5 die Konversionssegmente 8, 8' jeweils unterschiedliche Leuchtstoffpartikel aufweisen.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 wird in einem ersten
Verfahrensschritt ein Gittermaterial 14 bereitgestellt
(Figuren 7 und 8) . In das Gittermaterial 14 wird eine
Vielzahl von Öffnungen 7 eingebracht, die das Gittermaterial 14 vollständig durchdringen. Die Öffnungen 7 bilden bevorzugt eine Matrix mit Zeilen und Spalten aus. Bei der Matrix handelt es sich vorliegend um eine 3x3 große Matrix. Das Gittermaterial weist dabei eine Vielzahl solcher Matrizen auf, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Das
Gittermaterial, das unterschiedliche Segmente innerhalb der Matrix trennt, ist dabei dünner als das Gittermaterial zwischen benachbarten Matrizen.
In einem weiteren Schritt wird das Gittermaterial 14, wie in Figur 9 gezeigt, auf einen Zwischenträger 15 aufgebracht und dann, wie in Figur 10 gezeigt, von einer ersten Hauptfläche 9 des Gittermaterials 14 aus gedünnt. Eine Bodenfläche der Öffnungen 7 ist durch den Zwischenträger 15 gebildet.
Alternativ kann das Dünnen von der ersten Hauptfläche 9 des Gittermaterials 14 in einem späteren Schritt des Verfahrens erfolgen .
Wie in Figur 11 schematisch dargestellt, wird ein
Konversionsmaterial 16 in die Öffnungen 7 mittels Dispensen, Jetten, Drucken, Sprühen mit Maske oder Rakeln eingebracht und ausgehärtet. Hierbei bildet jede Öffnung 7, in die ein Konversionsmaterial 16 eingebracht wurde, ein
Konversionssegment 8. Die Konversionssegmente 8 schließen mit dem Gittermaterial 14 in vertikaler Richtung plan ab.
Wie in Figur 12 dargestellt, werden die Leuchtstoffpartikel bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem
Matrixmaterial 16 nach dem Einbringen sedimentiert . Das
Matrixmaterial 16 beziehungsweise die Konversionssegmente 8 bedecken damit die Seitenflächen 13 der Öffnungen 7
bereichsweise. Das Gittermaterial 14 weist damit eine Dicke auf, die größer ist als eine Dicke der Konversionssegmente 8.
Die Anordnung gemäß Figur 12 wird in einem weiteren Schritt, wie in Figur 13 gezeigt, zu der Vielzahl von
Konversionselementen 2 vereinzelt. Die Schnitte erfolgen dabei durch das dickere Gittermaterial 14 zwischen
benachbarten Matrizen. Das vereinzelte Gittermaterial 14 bildet dabei jeweils das Gitter 6.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 14 wird eine Vielzahl von Halbleiterchips 3, die jeweils eine Vielzahl von Pixeln 4 umfassen, bereitgestellt. Auf diesen Halbleiterchips 3 werden die vereinzelten Gitter 6 mit den Konversionssegmenten 8 aufgebracht, wobei die Gitter 6 mit den Konversionssegmenten 8 zuvor von dem Zwischenträger 15 abgelöst wurden. Dabei ist jedem Pixel 4 ein
Konversionssegment 8 zugeordnet.
Analog zu dem Verfahrensschritt, der in den Figuren 7 und 8 dargestellt ist, wird gemäß Figur 15 in einem ersten
Verfahrensschritt ein Gittermaterial 14 bereitgestellt. In das Gittermaterial 14 wird eine Vielzahl von Öffnungen 7 eingebracht, die das Gittermaterial 14 zumindest zunächst nicht vollständig, sondern nur teilweise durchdringen. Eine Bodenfläche der Öffnungen 7 ist durch das Gittermaterial 14 gebildet .
Die Schritte gemäß Figur 16 und 17 erfolgen analog zu den Schritten, die in den Figuren 11 und 12 dargestellt und in Verbindung mit diesen Figuren bereits beschrieben sind.
In einem weiteren Schritt wird das Gittermaterial 14 so weit gedünnt, dass die Bodenfläche vollständig abgetragen ist und die Öffnungen 7 das Gittermaterial 14 vollständig
durchdringen, wie in Figur 18 dargestellt. Die zweite
Hauptfläche 10 des Gittermaterials 14 schließt danach plan mit dem Konversionsmaterial 16 ab. Das Gittermaterial 14 mit den Konversionssegmenten 8 wird auf einem Zwischenträger 15 angeordnet .
Der Schritt gemäß Figur 19 erfolgt analog zu dem Schritt, der in Figur 13 dargestellt und in Verbindung mit der Figur 13 bereits beschrieben ist.
Ferner können das Gittermaterial 14 und das
Konversionsmaterial 16 bereichsweise von der zweiten Hauptfläche 10 des Gittermaterials 14 aus weiter gedünnt werden, wie in Figur 20 gezeigt. Der weiter zu dünnende
Bereich liegt dabei unterhalb jeweils einer Matrix von
Öffnungen 7. Insbesondere wird das Gittermaterial 14, das zwischen benachbarten Matrizen angeordnet ist, nicht weiter gedünnt. Das weitere Dünnen erzeugt damit eine Ausnehmung an der zweiten Hauptfläche 10 des Gittermaterials 14.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 20 wird eine Vielzahl von Halbleiterchips 3, die jeweils eine Vielzahl von Pixeln 4 umfassen, bereitgestellt. Die
Halbleiterchips 3 werden in die Ausnehmung an der zweiten Hauptfläche 10 des Gittermaterials 14 eingesetzt.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 21 bis 25 wird in einem ersten Verfahrensschritt ein
Halbleiterchip 3 bereitgestellt, wie in Figur 21 gezeigt.
In einem nächsten Schritt wird eine strukturierte
Opferschicht 17 auf dem Halbleiterchip 3 aufgebracht, wobei die strukturierte Opferschicht 17 Kavitäten 19 aufweist
(Figur 22) . Der Halbleiterchip 3 liegt dabei im Bereich der Pixel 4 frei. Die Opferschicht ist über benachbarten Pixeln 4 angeordnet .
In einem weiteren Schritt wird, wie in Figur 23 dargestellt, ein Konversionsmaterial 16 in die Kavitäten 19 eingebracht. Dann wird die Opferschicht 17 entfernt (Figur 24) . Durch das Entfernen entstehen Spalte 18 zwischen benachbarten
Konversionssegmenten 8. Die Spalte 18 werden in einem
weiteren Schritt mit einem Gittermaterial 14 gefüllt (Figur 25) . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 111 417.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 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 Patentansprüche beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Bauteil
2 Konversionselement
3 strahlungsemittierender Halbleiterchip
4 Pixel
5 Strahlungsaustrittsfläche
6 Gitter
7 Öffnungen
8 KonversionsSegmente
KonversionsSegmente
9 erste Hauptfläche
10 zweite Hauptfläche
11 Dicke Gitter
12 Dicke Konversionssegmente
13 Seitenflächen Öffnungen
14 Gittermaterial
15 Zwischenträger
1 6 Konversionsmaterial
17 Opferschicht
1 8 Spalte
1 9 Kavität

Claims

Patentansprüche
1. Konversionselement (2) mit:
- einem Gitter (6), das eine Vielzahl von Öffnungen (7) umfasst, und
- einer Vielzahl von Konversionssegmenten (8), die dazu ausgebildet sind, einen Teil einer Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren, wobei
- die Konversionssegmente (8) in den Öffnungen (7) angeordnet sind, und
- das Gitter (6) ein Halbleitermaterial, einen Kunststoff oder ein Metall umfasst.
2. Konversionselement (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- das Gitter (6) eine Dicke aufweist, die größer ist als eine Dicke der Konversionssegmente (8, 8'),
- das Gitter (6) eine Dicke aufweist, die gleich groß ist wie eine Dicke der Konversionssegmente (8, 8'), oder
- das Gitter (6) eine Dicke aufweist, die kleiner ist als eine Dicke der Konversionssegmente (8, 8') .
3. Konversionselement (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei dem die Konversionssegmente (8, 8') unterschiedliche Leuchtstoffpartikel aufweisen.
4. Konversionselement (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei dem das Gitter (6) Silizium umfasst oder daraus besteht.
5. Konversionselement (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei dem das Gitter (6) mit einer reflektierenden Schicht beschichtet ist.
6. Konversionselement (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei dem die Vielzahl von Öffnungen (7) jeweils eine Breite und/oder eine Länge zwischen einschließlich 20 Mikrometer und einschließlich 200 Mikrometer aufweist.
7. Optoelektronisches Bauteil (1) mit:
- einem Halbleiterchip (3), der eine Vielzahl von Pixeln (4) umfasst und elektromagnetische Primärstrahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche (5) aussendet, und
- einem Konversionselement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- das Konversionselement (2) auf dem Halbleiterchip (3) angeordnet ist, und
- jedem Pixel (4) ein Konversionssegment (8, 8') zugeordnet ist .
8. Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorherigen
Anspruch,
bei dem das Gitter (6) mittels einem transparenten Kleber mit der Strahlungsaustrittsfläche (5) in Kontakt steht.
9. Optoelektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 7 bis
8,
bei dem die Konversionssegmente (8, 8')mittels einem
transparenten Kleber mit der Strahlungsaustrittsfläche (5) in Kontakt stehen.
10. Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem zwischen dem Gitter (6) und den Konversionssegmenten (8) ein Haftvermittler angeordnet ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von
Konversionselementen (2) mit den Schritten
- Bereitstellen eines Gittermaterials (14),
- Erzeugen einer Vielzahl von Öffnungen (7) in dem
Gittermaterial (14),
- Einbringen eines Konversionsmaterials (16) in die Öffnungen (7), wobei jede Öffnung (7), in die ein Konversionsmaterial (16) eingebracht wurde, ein Konversionssegment (8) bildet, und
- Vereinzeln des Gittermaterials (14) mit dem
Konversionsmaterial (16) zu der Vielzahl von
Konversionselementen (2), wobei das vereinzelte
Gittermaterial (14) ein Gitter (6) bildet.
12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die Öffnungen (7) mittels einem lithografischen Prozess erzeugt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei das Gittermaterial (14) mittels einem Spritzguss oder Mikroprägeprozesses oder durch Erodieren erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
wobei das Konversionsmaterial (16) mittels Dispensen, Jetten, Drucken, Sprühen mit Maske oder Rakeln in die Öffnungen (7) eingebracht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
wobei das Gittermaterial (14) nach dem Erzeugen der Öffnungen (7) auf einen Zwischenträger (15) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei Leuchtstoffpartikel in einem Matrixmaterial
sedimentiert werden, nachdem sie in die Öffnungen eingebracht werden .
17. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei das Gittermaterial (14) nach dem Sedimentieren von einer ersten Hauptfläche (9) des Gittermaterials (14) gedünnt wird .
18. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von
optoelektronischen Bauteilen (1) mit den Schritten
- Bereitstellen einer Vielzahl von Halbleiterchips (3) , die jeweils eine Vielzahl von Pixeln (4) umfassen, und
- Aufbringen von jeweils einem Konversionselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf jeweils einen Halbleiterchip
(3) , wobei
- jedem Pixel (4) ein Konversionssegment (8) zugeordnet ist.
19. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die Pixel (4) den Konversionssegmenten (8) aktiv oder passiv zugeordnet werden.
20. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauteils mit den Schritten:
- Aufbringen einer strukturierten Opferschicht (17) auf den Halbleiterchip (3), wobei die Opferschicht (17) Kavitäten (19) aufweist, wobei jede Kavität (19) jeweils einem Pixel
(4) zugeordnet ist,
- Aufbringen des Konversionsmaterials (16) in die Kavitäten (19) ,
- Entfernen der strukturierten Opferschicht (17), und - Aufbringen eines Gittermaterials (14) in die Bereiche, wo die Opferschicht (17) entfernt wurde.
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