WO2023001553A1 - Hinterleuchtungseinheit mit seitenemittierendem halbleiterchip - Google Patents

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unit
backlighting
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Ulrich Streppel
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a backlighting unit is specified. Furthermore, an arrangement with a backlighting unit and a carrier is specified.
  • One object is to specify a backlighting unit and an arrangement with a backlighting unit and a carrier that is highly compact and has a reduced layer thickness, without the homogeneity of the light distribution suffering as a result.
  • a lateral direction is understood to mean a direction that runs parallel to a main extension surface of the potting body or the backlighting unit.
  • a vertical direction is understood to be a direction that is directed perpendicularly to the main extension surface of the potting body or the backlighting unit. The vertical direction and the lateral direction are orthogonal to each other.
  • the cast body has at least one depression or a plurality of depressions.
  • the recess extends into the potting body along the vertical direction, but not through the potting body.
  • the indentation thus has a bottom area which is formed by a surface of the potting body.
  • the bottom surface of the recess is flat or planar.
  • the semiconductor chip is arranged outside of the recess.
  • the semiconductor chip can overlap with the depression assigned to it.
  • the semiconductor chip is arranged in relation to the depression in such a way that the semiconductor chip is located below the bottom surface of the depression.
  • the bottom surface of the depression can partially or completely cover the semiconductor chip underneath.
  • the electromagnetic radiation can be coupled into the depression via the bottom surface and/or side surfaces of the depression or be totally reflected on the bottom surface and/or on the side surfaces of the depression.
  • the Depression can be filled with a gaseous or with a solid material whose refractive index differs from the refractive index of the potting body. Due to the different spatial orientations of the bottom surface and the side surfaces of the depression and due to a refractive index jump on the bottom surface or on the side surfaces of the depression, the radiation generated by the semiconductor chip can be scattered uniformly in lateral directions, in particular due to the total reflections, and in a forward direction.
  • Backlighting unit has this on a semiconductor chip and a potting body.
  • the semiconductor chip is set up to generate electromagnetic radiation.
  • the potting body has at least one depression.
  • the semiconductor chip is arranged outside of the recess and overlaps with the recess in a plan view of the potting body.
  • the semiconductor chip is a side-emitting semiconductor chip, for example a side-emitting LED.
  • the emission in a forward direction is reduced in comparison with a surface-emitting semiconductor chip or with a bulk emitter.
  • the emission of the radiation is more fanned out in lateral directions and has a club-like shape in the luminance distribution.
  • the occurrence of so-called hotspots in the luminance directly above the light source, in this case directly above the semiconductor chip, is thus suppressed.
  • luminance gradients in the area above the semiconductor chip are reduced. Due to the scattering on the bottom surface and on the side surfaces of the depression, the degree of homogeneity of the luminance distribution can also be increased.
  • a sufficient degree of homogeneity in the luminance distribution can also be achieved in the case of a backlighting unit with a small vertical layer thickness, which is in particular less than 3 mm, 2.5 mm or less than 2 mm.
  • the backlight unit may have a plurality of unit cells.
  • the unit cells can be constructed in the same way.
  • the unit cells can be arranged in a matrix-like manner.
  • the backlighting unit can have a plurality of unit cells which are arranged next to one another in columns and rows.
  • Each of the unit cells can have a semiconductor chip and a partial area of the potting body with a depression.
  • the backlighting unit is often only described in connection with a unit cell.
  • the features described with one unit cell can be used for all other unit cells of the backlighting unit or for the backlighting unit as a whole.
  • the semiconductor chip is enclosed by the potting body at least in lateral directions. It is possible for the semiconductor chip to be completely embedded in the potting body, in particular with the exception of possible contact structures for external electrical contacting.
  • the semiconductor chip can be arranged in the potting body in such a way that a rear side of the semiconductor chip is flush with a rear side of the potting body. In this case, the contact structures of the semiconductor chip can be on the rear side of the potting body be accessible. It is also possible for the semiconductor chip to be arranged on a chip carrier and to be electrically connected thereto, with the chip carrier being freely accessible at least in regions on the rear side of the potting body.
  • the semiconductor chip may be arranged such that its front side faces a bottom surface of the recess.
  • the depression is designed in the shape of a pyramid or a truncated pyramid. As the distance from the semiconductor chip increases, the depression can have a larger cross section.
  • the recess has a bottom surface that is planar.
  • the bottom area of the recess can be larger or smaller than a cross section of the semiconductor chip.
  • the bottom surface and the cross section of the semiconductor chip can have the same geometry.
  • the bottom surface of the recess may be rectangular or square.
  • the bottom surface can take on other geometric shapes, for example a circular, elliptical or oval shape.
  • the indentation has edges that are rounded, for example. If an edge of the indentation is rounded, two adjoining surfaces at this edge merge steadily into one another about. The transition area between these two surfaces is rather curved, rounded and not tapered.
  • a rounded edge of the depression can be an inner edge between two side surfaces of the depression or between the bottom surface and a side surface of the depression. It is also possible for the rounded edge to be an outer edge of the depression, with the outer edge being located between a side face of the depression and a surface of the casting surrounding the depression.
  • the depression is filled with a gaseous medium, for example with air.
  • a total vertical height of the backlighting unit which is given by a vertical distance between the front side of the cover layer stack and the back side of the potting body, is at most 3 mm, 2 mm or 1.5 mm, for example. Because of the use of side-emitting semiconductor chips and because of the presence of the recess(es), a high degree of homogeneity can be achieved despite the low layer thickness of the backlighting unit. For example, the overall vertical height is the
  • backlight unit between 0.5 mm and 3 mm inclusive, between 0.5 mm and 2.5 mm inclusive, between 1 mm and 2 mm inclusive, between 0.5 mm and 2 mm inclusive, between 0.5 mm and 1 inclusive, 5 mm or finally 0.5 mm and 1 mm.
  • the potting body has a front side that is curved, for example partially curved. Due to the curvature of the front side, there can be an intermediate gap between the potting body and the cover layer stack in some areas.
  • the intermediate gap can be filled with a gaseous medium, such as air, or with a solid medium, such as a connecting material. Because of the curvature, the front side of the potting body can have lens-like structures that promote propagation of the radiation in lateral directions.
  • the front side of the potting body can be convexly or concavely curved in some areas.
  • the potting body has a plurality of sub-areas, with each sub-area having a curved front side. It is possible that the partial areas of the potting body are each uniquely assigned to a unit cell of the backlighting unit, and vice versa.
  • the partial areas of the potting body each have a front side in the form of a lens, in particular a convex lens.
  • the cover layer stack has at least one or more layers from a group of functional layers.
  • the group of functional layers can contain phosphor layers, diffuser layers and/or so-called brightness enhancement films (BEF, DBEF).
  • the functional layers are also referred to as so-called light recycling layers and serve in particular to mix the light.
  • the brightness enhancement films can be, inter alia, holographic mirror layers, semi-transparent mirror layers and/or linear prism layers.
  • the backlighting unit it has a reflector, the reflector having at least one frame-like partial area whose opening is filled with the material of the potting body.
  • the frame-like partial area of the reflector can enclose the semiconductor chip and the recess of the potting body in lateral directions.
  • the reflector can have a plurality of frame-like partial areas, with the frame-like partial areas each being uniquely assigned to one of the unit cells of the backlighting unit, and in particular vice versa.
  • the partial areas of the reflector can directly adjoin one another. In this case, the reflector is continuous, in particular designed in one piece.
  • the potting body protrudes along the vertical direction over the partial area of the reflector, or over the entire reflector.
  • the potting body covers edges of the partial area of the reflector at least partially or completely in a plan view. In a top view, the potting body can partially or completely cover the reflector.
  • the backlighting unit has a plurality of semiconductor chips.
  • the backlight unit has a plurality of unit cells each having one of the semiconductor chips.
  • the potting body can have a plurality of partial areas, each with a depression.
  • the partial areas of the potting body can each laterally enclose one of the semiconductor chips, with the one semiconductor chip being outside of the one associated with it Depression is arranged and can overlap in plan view of the cast body with its associated recess.
  • the partial areas of the potting body are each assigned to one of the unit cells of the backlighting unit.
  • Each of the unit cells can have a semiconductor chip, a portion of the potting body with the recess and a portion of the reflector.
  • the cover layer stack can be designed as a common cover layer stack for a number of unit cells, in particular for all unit cells. It is also possible for each of the unit cells to have exactly one side-emitting semiconductor chip and a partial area of the potting body with exactly one depression.
  • the backlighting unit has a common reflector.
  • the common reflector has a plurality of connected partial areas, each of which is assigned to one of the unit cells.
  • the potting body with its partial areas is designed in particular to be continuous.
  • the partial areas of the potting body each have a curved front side in the form of a lens.
  • the carrier has a structured front side that faces the backlighting unit.
  • the structured front side is set up in particular to scatter the electromagnetic radiation generated by the semiconductor chip and impinging on the carrier and thus to prevent possible hotspots.
  • the structured front side is at larger angles, in particular to achieve back-reflection of the electromagnetic radiation generated by the semiconductor chip and impinging on the carrier, since otherwise there is a risk that an area of the carrier around the semiconductor chip will light up brightly, possibly leading to a hotspot .
  • the front side of the carrier has elevations and/or depressions that are located in the immediate vicinity of the semiconductor chip when viewed from above.
  • Aspect 1 backlighting unit with at least one semiconductor chip and a potted body, wherein
  • the semiconductor chip is set up to generate electromagnetic radiation
  • the casting body has at least one recess
  • the semiconductor chip is a side-emitting semiconductor chip.
  • Aspect 2 Backlighting unit according to aspect 1, in which the semiconductor chip is enclosed by the potting body at least in lateral directions.
  • Aspect 3 Backlighting unit according to one of the preceding aspects, in which the indentation is pyramid-shaped or truncated pyramid-shaped and has a cross section that increases with increasing distance from the semiconductor chip, the indentation having a bottom surface that is planar.
  • Aspect 4 Backlighting unit according to one of the preceding aspects, in which the depression has side walls which are convexly or concavely curved.
  • Aspect 5 Backlighting unit according to one of the preceding aspects, in which the recess has edges which are rounded.
  • Aspect 6 Backlighting unit according to one of the preceding aspects, in which the depression is filled with a gaseous medium.
  • Aspect 7 Backlighting unit according to one of aspects 1 to 6, in which the depression is filled with a partially transparent material, a diffuse material, a colored material and/or with a wavelength-converting material.
  • Aspect 8 Backlighting unit according to one of the preceding aspects with a cover layer stack which rests on the potting body and completely covers the depression.
  • Aspect 9 Backlighting unit according to the preceding aspect, wherein a vertical extent of the backlighting unit is limited by a front side of the cover layer stack and a back side of the potting body, and wherein a total vertical height of the backlighting unit is defined by a vertical distance between the front side of the cover layer stack and the back side of the Potting body is given, is at most 3 mm.
  • Aspect 10 Backlighting unit according to one of aspects 8 to 9, in which the encapsulation body has a curved front side, as a result of which there is an intermediate gap between the encapsulation body and the cover layer stack in some areas.
  • Aspect 11 Backlighting unit according to one of aspects 8 to 10, in which the cover layer stack has at least one or more layers from a group of functional layers, the group of functional layers containing a phosphor layer, a diffuser layer and/or so-called brightness enhancement films.
  • Aspect 12 Backlighting unit according to one of the preceding aspects with a reflector, wherein the reflector has at least one frame-like partial area whose opening is filled with the material of the potting body and encloses the semiconductor chip and the recess of the potting body in lateral directions.
  • Aspect 14 backlighting unit according to one of the preceding aspects with a plurality of semiconductor chips, wherein
  • the backlighting unit has a plurality of unit cells, each with one of the semiconductor chips,
  • the potting body has a plurality of partial areas, each with a recess,
  • the partial areas of the potting body each laterally enclose one of the semiconductor chips, with the one semiconductor chip being arranged outside of the recess associated with it and overlapping the potting body with the recess associated with it when viewed from above, and
  • the partial areas of the potting body are each associated with one of the unit cells.
  • Aspect 15 backlighting unit according to the preceding aspect with a common reflector, wherein - the common reflector has a plurality of contiguous partial areas, each associated with one of the unit cells, and
  • the potting body is designed to be continuous with its sub-areas.
  • Aspect 16 Arrangement of the backlighting unit according to one of the preceding aspects and a carrier, wherein
  • the backlighting unit is arranged on the carrier, and
  • the semiconductor chip can be electrically contacted externally via contact structures on the carrier.
  • Aspect 17 arrangement of the backlighting unit according to any one of aspects 1 to 15 and a carrier, wherein
  • the backlighting unit is arranged on the carrier
  • the carrier has a structured front side facing the backlighting unit
  • the structured front side is set up to scatter the electromagnetic radiation generated by the semiconductor chip and impinging on the carrier and thus to prevent possible hotspots.
  • Figures 1A and 1B schematic representations of an embodiment of a backlighting unit based on a unit cell in a sectional view and in a top view
  • Figures IC and ID schematic representations of some exemplary embodiments of an arrangement with a backlighting unit and a carrier, each in plan view
  • FIG. 2A schematic representation of a semiconductor chip of the backlighting unit and a luminance distribution of such a semiconductor chip
  • FIGS. 2B and 2C schematic representations of a portion of a potting body of the backlighting unit in sectional views
  • FIGS. 3A and 3B show schematic representations of the results of a simulation with regard to the luminance and color point distribution of a unit cell
  • FIG. 4A schematic representation of a common reflector of a backlighting unit with a plurality of unit cells
  • FIG. 4B schematic representation of a backlighting unit with a plurality of unit cells
  • FIGS. 5A and 5B schematic representations of a structured carrier and an arrangement with a backlighting unit on a structured carrier
  • FIGS. 6A, 6B, 6C, 6D and 6E show schematic representations of different exemplary embodiments of a unit cell with a plurality of semiconductor chips.
  • FIG. 1A shows a backlighting unit 10, more precisely a unit cell 10T of the backlighting unit 10.
  • the backlighting unit 10 can have a plurality of such unit cells 10T.
  • the unit cells 10T may be immediately adjacent to each other.
  • the backlight unit 10 has a plurality of rows and columns of the unit cells 10T.
  • the unit cells 10T are arranged in a matrix-like manner.
  • the backlight unit 10 is often described in connection with a unit cell 10T.
  • the backlighting unit 10 has at least one semiconductor chip 2 which is set up to generate electromagnetic radiation.
  • the backlighting unit 10 has a potting body 4 with at least one depression 40 .
  • the potting body 4 has a plurality of partial areas 40T, which in particular are each assigned to precisely one of the unit cells 10T.
  • the sections 40T are integral parts of a coherent potting body 4.
  • Each of the sections 40T can have a depression 40, in particular exactly one depression 40.
  • the depression 40 extends along the vertical direction from a front side 41 of the potting body 4 into the potting body 4 and thus forms a blind hole in the potting body 4.
  • the front side 41 of the potting body 4 or of the partial area 40T of the potting body 4 can be curved, in particular convexly curved being. Apart from the position of the recess 4, the front face 41 can take the form of a lens.
  • a rear side 42 of the potting body 4 or of the partial area 40T of the potting body 4 can be flat. The rear 42 can be freely accessible. In particular, a rear side 10R of the backlighting unit 10 is formed in some areas by the rear side 42 of the potting body 4 .
  • the recess 4 has a bottom surface 40B which is, for example, planar.
  • the depression 4 has side surfaces or side walls 40W which can be flat or convex or concavely curved.
  • the depression 4 has edges 40K which are designed with sharp edges or rounded edges.
  • the edges 40K can be inner edges, for example between adjacent side walls 40W or between the bottom surface 40B and the side walls 40W, or outer edges, for example between the front side 41 of the potting body 4 and the side walls 40W.
  • FIG. 1A Vertical direction z and lateral directions x and y are shown schematically in FIG. 1A.
  • the recess 40 has an increasing lateral cross-section.
  • the indentation is 40 in particular in the form of a pyramid, for example in the form of a truncated pyramid.
  • the bottom surface 40B may be quadrilateral, rectangular, square, circular, elliptical, or other geometric shape.
  • the backlighting unit 10 has at least one semiconductor chip 2 .
  • the semiconductor chip 2 In particular, the
  • Backlight unit 10 has a plurality of semiconductor chips 2, which are arranged in different unit cells 10T.
  • the semiconductor chips 2 are side-emitting semiconductor chips 2. It is possible for each partial region 40T of the potting body 4 to have exactly one depression and exactly one side-emitting semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 is surrounded by the potting body 4 in lateral directions.
  • a front side 2V and all side surfaces 2S of the semiconductor chip 2 can be covered, in particular completely covered, by the material of the potting body 4 .
  • a rear side 2R of the semiconductor chip 2 can also be partially or completely covered by the material of the potting body 4 .
  • a rear side 2R of the semiconductor chip 2 is freely accessible, for example with electrical contact points on the rear side 10R of the backlighting unit 10.
  • the semiconductor chip 2 can thus be partially or completely embedded in the potting body 4 .
  • FIG. 1A it is possible for the semiconductor chip 2 to be located outside of the potting body 4.
  • FIG. 1A it is possible for the semiconductor chip 2 to be located outside of the potting body 4.
  • FIG. 2B shows a schematic representation of a partial area 4T of a potting body 4 with the depression 40.
  • the potting body 4 is formed in particular from a material which is permeable, in particular transparent, to the electromagnetic radiation generated by the semiconductor chip 2.
  • the potting body 4 is made of silicone, epoxy, acrylate or a similar material educated.
  • the material has a refractive index greater than 1.35.

Abstract

Es wird eine Hinterleuchtungseinheit (10) mit zumindest einem Halbleiterchip (2) und einem Vergusskörper (4) angeben, wobei - der Halbleiterchip (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist, - der Vergusskörper (4) zumindest eine Vertiefung (40) aufweist, - der Halbleiterchip (2) außerhalb der Vertiefung (40) angeordnet ist und in Draufsicht auf den Vergusskörper (4) mit der Vertiefung (40) überlappt, und - der Halbleiterchip (2) ein seitenemittierender Halbleiterchip ist. Des Weiteren weist die Hinterleuchtungseinheit (10) einen Reflektor (3) auf, wobei der Reflektor (3) zumindest einen rahmenartigen Teilbereich (3T) aufweist, dessen Öffnung vom Material des Vergusskörpers (4) aufgefüllt ist und den Halbleiterchip (2) sowie die Vertiefung (40) des Vergusskörpers (4) in lateralen Richtungen umschließt. Der Vergusskörper (4) ragt entlang vertikaler Richtung über den Teilbereich (3T) hinaus, wobei der Vergusskörper (4) in Draufsicht Ränder (3R) des Teilbereiches (3T) zumindest teilweise oder vollständig bedeckt.

Description

Beschreibung
HINTERLEUCHTUNGSEINHEIT MIT SEITENEMITTIERENDEM
HALBLEITERCHIP
Es wird eine Hinterleuchtungseinheit angegeben. Des Weiteren wird eine Anordnung mit einer Hinterleuchtungseinheit und einem Träger angegeben.
Bei herkömmlichen Hinterleuchtungssystemen unter Verwendung von oberflächenemittierenden LEDs sollte eine vertikale Dicke einer Hinterleuchtungseinheit größer als 3 mm oder größer als 5 mm sein, typischerweise im Bereich von 8 mm bis 10 mm, um einen ausreichend großen Mischbereich zur Erzielung ausreichender Homogenität zu erhalten.
Eine Aufgabe ist es, eine Hinterleuchtungseinheit sowie eine Anordnung mit einer Hinterleuchtungseinheit und einem Träger mit hoher Kompaktheit und reduzierter Schichtdicke anzugeben, ohne dass die Homogenität der Lichtverteilung darunter leidet.
Diese Aufgabe wird durch die Hinterleuchtungseinheit gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Hinterleuchtungseinheit sowie der Anordnung mit einer Hinterleuchtungseinheit und einem Träger sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform einer Hinterleuchtungseinheit weist diese zumindest einen Halbleiterchip oder eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf. Insbesondere sind die Halbleiterchips seitenemittierende Halbleiterchips, zum Beispiel seitenemittierende LEDs. Ein seitenemittierender Halbleiterchip ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Vorderseite, eine Rückseite und Seitenflächen aufweist, wobei die im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte Strahlung vorwiegend oder ausschließlich über die Seitenflächen aus dem Halbleiterchip austritt. Der Anteil der über die Seitenflächen austretenden Strahlung kann mindestens 60 %, 70 % 80 % oder mindestens 90 % der gesamten aus dem Halbleiterchip austretenden Strahlung betragen. Im Betrieb der Hinterleuchtungseinheit ist der Halbleiterchip zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet, zum Beispiel im ultravioletten, infraroten oder im sichtbaren, etwa im blauen Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit weist diese einen Vergusskörper auf. Der Vergusskörper kann aus einem strahlungsdurchlässigen, insbesondere aus einem transparenten Material, zum Beispiel aus Silikon, Epoxid oder Acrylat, gebildet sein. Das Material des Vergusskörpers weist einen Brechungsindex auf, der insbesondere größer als 1,35, 1,4, 1,7 oder größer als 2 ist. Auch kann der Brechungsindex kleiner als 2, 1,7 oder kleiner als 1,5 sein. Der Halbleiterchip oder die Mehrzahl der Halbleiterchips kann teilweise oder vollständig innerhalb des Vergusskörpers eingebettet sein. In lateralen Richtungen kann der Halbleiterchip oder die Mehrzahl der Halbleiterchips vollumfänglich vom Material des Vergusskörpers umschlossen sein. Allerdings ist es auch möglich, dass der Halbleiterchip oder die Mehrzahl der Halbleiterchips unterhalb, insbesondere außerhalb des Vergusskörpers angeordnet ist.
Unter einer lateralen Richtung wird eine Richtung verstanden, die parallel zu einer Haupterstreckungsfläche des Vergusskörpers oder der Hinterleuchtungseinheit verläuft. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die senkrecht zu der Haupterstreckungsfläche des Vergusskörpers oder der Hinterleuchtungseinheit gerichtet ist. Die vertikale Richtung und die laterale Richtung sind orthogonal zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit weist der Vergusskörper zumindest eine Vertiefung oder mehrere Vertiefungen auf. Entlang der vertikalen Richtung erstreckt sich die Vertiefung in den Vergusskörper hinein, jedoch nicht durch den Vergusskörper hindurch. Die Vertiefung weist somit eine Bodenfläche auf, die durch eine Oberfläche des Vergusskörpers gebildet ist.
Zum Beispiel ist die Bodenfläche der Vertiefung eben oder planar ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit ist der Halbleiterchip außerhalb der Vertiefung angeordnet. In Draufsicht auf den Vergusskörper kann der Halbleiterchip mit der ihm zugeordneten Vertiefung überlappen. Insbesondere ist der Halbleiterchip in Bezug auf die Vertiefung derart angeordnet, dass sich der Halbleiterchip unterhalb der Bodenfläche der Vertiefung befindet. In Draufsicht auf den Vergusskörper kann die Bodenfläche der Vertiefung den darunter liegenden Halbleiterchip teilweise oder vollständig bedecken.
Wird im Betrieb der Hinterleuchtungseinheit vom Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung erzeugt, kann die elektromagnetische Strahlung über die Bodenfläche und/oder über Seitenflächen der Vertiefung in die Vertiefung eingekoppelt oder an der Bodenfläche und/oder an den Seitenflächen der Vertiefung totalreflektiert werden. Die Vertiefung kann mit einem gasförmigen oder mit einem festen Material gefüllt sein, dessen Brechungsindex sich von dem Brechungsindex des Vergusskörpers unterscheidet. Aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Orientierungen der Bodenfläche und der Seitenflächen der Vertiefung und aufgrund eines Brechungsindexsprungs an der Bodenfläche oder an den Seitenflächen der Vertiefung kann die vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung gleichmäßig in laterale Richtungen, insbesondere aufgrund der Totalreflexionen, und in eine Vorwärtsrichtung gestreut werden.
In mindestens einer Ausführungsform einer
Hinterleuchtungseinheit weist diese einen Halbleiterchip und einen Vergusskörper auf. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Der Vergusskörper weist zumindest eine Vertiefung auf. Der Halbleiterchip ist außerhalb der Vertiefung angeordnet und überlappt in Draufsicht auf den Vergusskörper mit der Vertiefung. Der Halbleiterchip ist ein seitenemittierender Halbleiterchip, zum Beispiel eine seitenemittierende LED.
Bei einem seitenemittierenden Halbleiterchip wird die Emission in eine Vorwärtsrichtung im Vergleich mit einem oberflächenemittierenden Halbleiterchip oder mit einem Volumenemitter verringert. Die Emission der Strahlung wird eher in laterale Richtungen aufgefächert und weist eine keulenartige Form in der Leuchtdichtenverteilung auf. Das Auftreten von so genannten Hotspots in der Leuchtdichte direkt über der Lichtquelle, in diesem Fall direkt über dem Halbleiterchip, wird somit unterdrückt. Somit werden Leuchtdichtegradienten im Bereich über dem Halbleiterchip verringert. Aufgrund der Streuungen an der Bodenfläche sowie an den Seitenflächen der Vertiefung kann der Homogenitätsgrad der Leuchtdichteverteilung zusätzlich erhöht werden. Auch bei einer Hinterleuchtungseinheit mit einer geringen vertikalen Schichtdicke, die insbesondere kleiner als 3 mm, 2,5 mm oder kleiner als 2 mm ist, kann ein ausreichender Homogenitätsgrad in der Leuchtdichteverteilung erzielt werden.
Die Hinterleuchtungseinheit kann eine Mehrzahl von Einheitszellen aufweisen. Die Einheitszellen können gleichartig aufgebaut sein. Die Einheitszellen können matrixartig angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Hinterleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Einheitszellen aufweisen, die nebeneinander in Spalten und Reihen angeordnet sind. Jede der Einheitszellen kann einen Halbleiterchip und einen Teilbereich des Vergusskörpers mit einer Vertiefung aufweisen. In dieser Offenbarung wird die
Hinterleuchtungseinheit der Übersichtlichkeit halber oft im Zusammenhang nur mit einer Einheitszelle beschrieben. Die mit der einen Einheitszelle beschriebenen Merkmale können allerdings für alle anderen Einheitszellen der Hinterleuchtungseinheit oder für die Hinterleuchtungseinheit als Ganze herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit ist der Halbleiterchip zumindest in lateralen Richtungen von dem Vergusskörper umschlossen. Es ist möglich, dass der Halbleiterchip insbesondere bis auf mögliche Kontaktstrukturen zur externen elektrischen Kontaktierung vollständig in dem Vergusskörper eingebettet ist. Zum Beispiel kann der Halbleiterchip derart im Vergusskörper angeordnet sein, dass eine Rückseite des Halbleiterchips mit einer Rückseite des Vergusskörpers bündig abschließt. Die Kontaktstrukturen des Halbleiterchips können in diesem Fall auf der Rückseite des Vergusskörpers zugänglich sein. Auch ist es möglich, dass der Halbleiterchip auf einem Chipträger angeordnet und mit diesem elektrisch angeschlossen ist, wobei der Chipträger auf der Rückseite des Vergusskörpers zumindest bereichsweise freizugänglich ist.
Der Halbleiterchip kann derart angeordnet sein, dass seine Vorderseite einer Bodenfläche der Vertiefung zugewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit ist die Vertiefung pyramidenförmig oder stumpfpyramidenförmig ausgeführt. Mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterchip kann die Vertiefung einen größer werdenden Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel weist die Vertiefung eine Bodenfläche auf, die eben ausgeführt ist. Die Bodenfläche der Vertiefung kann größer oder kleiner als ein Querschnitt des Halbleiterchips sein. Zum Beispiel können die Bodenfläche und der Querschnitt des Halbleiterchips die gleiche Geometrie aufweisen. Die Bodenfläche der Vertiefung kann zum Beispiel rechteckig oder quadratisch ausgeführt sein. Die Bodenfläche kann jedoch andere geometrische Formen annehmen, zum Beispiel eine kreisförmige, elliptische oder ovale Form. Des Weiteren ist es möglich, dass die Bodenfläche rechteckig, quadratisch, elliptisch oder kreisförmig ausgeführt ist, der Querschnitt der Vertiefung jedoch mit zunehmendem Abstand von der Bodenfläche aufgrund der Verformung der Seitenflächen der Vertiefung eine andere geometrische Form annimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit weist die Vertiefung Seitenwände auf, die eben oder konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sind.
Die Vertiefung weist Kanten auf, die zum Beispiel abgerundet sind. Ist eine Kante der Vertiefung abgerundet, gehen zwei aneinander grenzende Flächen an diese Kante stetig ineinander über. Der Übergangsbereich zwischen diesen zwei Flächen ist eher gekrümmt, abgerundet und nicht spitz zulaufend. Eine solche abgerundete Kante der Vertiefung kann eine innere Kante zwischen zwei Seitenflächen der Vertiefung oder zwischen der Bodenfläche und einer Seitenfläche der Vertiefung sein. Auch ist es möglich, dass die abgerundete Kante eine äußere Kante der Vertiefung ist, wobei sich die äußere Kante zwischen einer Seitenfläche der Vertiefung und einer die Vertiefung umgebenden Oberfläche des Vergusses befindet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Hinterleuchtungseinheit ist die Vertiefung mit einem gasförmigen Medium, zum Beispiel mit Luft, gefüllt.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Vertiefung mit einem teiltransparenten Material, einem diffusen Material, einem farbigen Material und/oder mit einem wellenlängen-konvertierenden Material gefüllt ist. Auch Kombinationen davon ist es möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit weist diese einen Deckschichtstapel auf. Der Deckschichtstapel ist zum Beispiel auf dem Vergusskörper angeordnet und kann die Vertiefung vollständig bedecken. Der Deckschichtstapel kann unmittelbar auf dem Vergusskörper angeordnet oder über eine Verbindungsschicht mit dem Vergusskörper mechanisch verbunden sein. Die Verbindungsschicht kann aus einem Verbindungsmaterial gebildet sein, das einen Brechungsindex aufweist, der verschieden von einem Brechungsindex des Vergussmaterials ist. Zum Beispiel weist das Verbindungsmaterial einen kleineren Brechungsindex auf als das Vergussmaterial des Vergusskörpers. Die Hinterleuchtungseinheit kann einen Zwischenbereich, insbesondere einen Luftspalt, zwischen dem Deckschichtstapel und dem Vergusskörper aufweisen. Der Zwischenbereich kann unmittelbar an die Verbindungsschicht, an den Deckschichtstapel oder an den Vergusskörper angrenzen. Die Anwesenheit des Luftspalts ist insbesondere auf eine Oberflächenkrümmung des Vergusskörpers zurückzuführen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit ist eine vertikale Ausdehnung der Hinterleuchtungseinheit durch eine Vorderseite des Deckschichtstapels und eine Rückseite des Vergusskörpers begrenzt. Mit anderen Worten können die Vorderseite des Deckschichtstapels und die Rückseite des Vergusskörpers äußere Oberflächen der Hinterleuchtungseinheit bilden.
Eine vertikale Gesamthöhe der Hinterleuchtungseinheit, die durch einen vertikalen Abstand zwischen der Vorderseite des Deckschichtstapels und der Rückseite des Vergusskörpers gegeben ist, ist zum Beispiel höchstens 3 mm, 2 mm oder 1,5 mm. Aufgrund der Verwendung von seitenemittierenden Halbleiterchips sowie aufgrund der Anwesenheit der Vertiefung/en kann ein hoher Homogenitätsgrad trotz geringer Schichtdicke der Hinterleuchtungseinheit erzielt werden. Zum Beispiel ist die vertikale Gesamthöhe der
Hinterleuchtungseinheit zwischen einschließlich 0,5 mm und 3 mm, zwischen einschließlich 0,5 mm und 2,5 mm, zwischen einschließlich 1 mm und 2 mm, zwischen einschließlich 0,5 mm und 2 mm, zwischen einschließlich 0,5 mm und 1,5 mm oder schließlich 0,5 mm und 1 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Hinterleuchtungseinheit weist der Vergusskörper eine Vorderseite auf, die gekrümmt ausgeführt ist, etwa bereichsweise gekrümmt ausgeführt ist. Aufgrund der Krümmung der Vorderseite kann sich bereichsweise ein Zwischenspalt zwischen dem Vergusskörper und dem Deckschichtstapel befinden. Der Zwischenspalt kann mit einem gasförmigen Medium, etwa mit Luft, oder mit einem festen Medium, etwa mit einem Verbindungsmaterial, gefüllt sein. Aufgrund der Krümmung kann die Vorderseite des Vergusskörpers linsenartige Strukturen aufweisen, die eine Ausbreitung der Strahlungen in laterale Richtungen fördern.
Die Vorderseite des Vergusskörpers kann bereichsweise konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sein. Zum Beispiel weist der Vergusskörper eine Mehrzahl von Teilbereichen auf, wobei die Teilbereiche jeweils eine Vorderseite aufweist, die gekrümmt ausgeführt ist. Es ist möglich, dass die Teilbereiche des Vergusskörpers jeweils eindeutig einer Einheitszelle der Hinterleuchtungseinheit zugeordnet sind, und umgekehrt. Zum Beispiel weisen die Teilbereiche des Vergusskörpers jeweils eine Vorderseite in Form einer Linse, insbesondere einer konvexen Linse auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit weist der Deckschichtstapel zumindest eine oder mehrere Schichten aus einer Gruppe aus Funktionsschichten auf. Die Gruppe aus Funktionsschichten kann Phosphorschichten, Diffusorschichten und/oder sogenannte Brightness-Enhancement-Folien (BEF, DBEF) enthalten. Die Funktionsschichten werden auch als sogenannte Lichtrecycling- Schichten bezeichnet und dienen insbesondere der Lichtdurchmischung. Die Brightness-Enhancement-Folien können unter anderem holografische Spiegelschichten, halbdurchlässige Spiegelschichten und/oder Linear- Prismenschichten sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Hinterleuchtungseinheit weist diese einen Reflektor auf, wobei der Reflektor zumindest einen rahmenartigen Teilbereich aufweist, dessen Öffnung vom Material des Vergusskörpers aufgefüllt ist. Der rahmenartige Teilbereich des Reflektors kann den Halbleiterchip sowie die Vertiefung des Vergusskörpers in lateralen Richtungen umschließen. Der Reflektor kann eine Mehrzahl von rahmenartigen Teilbereichen aufweisen, wobei die rahmenartigen Teilbereiche jeweils einer der Einheitszellen der Hinterleuchtungseinheit eindeutig zugeordnet sind, und insbesondere umgekehrt. Die Teilbereiche des Reflektors können unmittelbar aneinander angrenzen. In diesem Fall ist der Reflektor zusammenhängend, insbesondere einstückig ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Hinterleuchtungseinheit ragt der Vergusskörper entlang der vertikalen Richtung über den Teilbereich des Reflektors, oder über den gesamten Reflektor hinaus. Zum Beispiel bedeckt der Vergusskörper in Draufsicht Ränder des Teilbereiches des Reflektors zumindest teilweise oder vollständig. In Draufsicht kann der Vergusskörper den Reflektor teilweise oder vollständig bedecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Hinterleuchtungseinheit weist diese eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf. Zum Beispiel weist die Hinterleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Einheitszellen jeweils mit einem der Halbleiterchips auf. Der Vergusskörper kann eine Mehrzahl von Teilbereichen jeweils mit einer Vertiefung aufweisen. Die Teilbereiche des Vergusskörpers können jeweils einen der Halbleiterchips lateral umschließen, wobei der eine Halbleiterchip außerhalb der ihm zugehörigen Vertiefung angeordnet ist und in Draufsicht auf den Vergusskörper mit der ihm zugehörigen Vertiefung überlappen kann.
Zum Beispiel sind die Teilbereiche des Vergusskörpers jeweils einer der Einheitszellen der Hinterleuchtungseinheit zugeordnet. Jede der Einheitszellen kann einen Halbleiterchip, einen Teilbereich des Vergusskörpers mit der Vertiefung und einen Teilbereich des Reflektors aufweisen. Es ist möglich, dass der Deckschichtstapel als gemeinsamer Deckschichtstapel für mehrere Einheitszellen, insbesondere für alle Einheitszellen ausgeführt ist. Auch ist es möglich, dass jede der Einheitszellen genau einen seitenemittierenden Halbleiterchip und einen Teilbereich des Vergusskörpers mit genau einer Vertiefung aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Hinterleuchtungseinheit weist diese einen gemeinsamen Reflektor auf. Der gemeinsame Reflektor weist eine Mehrzahl von zusammenhängenden Teilbereichen auf, die jeweils einer der Einheitszellen zugeordnet sind. Der Vergusskörper mit seinen Teilbereichen ist insbesondere zusammenhängend ausgeführt. Zum Beispiel weisen die Teilbereiche des Vergusskörpers jeweils eine gekrümmte Vorderseite in Form einer Linse auf.
Gemäß einer Ausführungsform einer Anordnung weist diese eine Hinterleuchtungseinheit, insbesondere eine hier beschriebene Hinterleuchtungseinheit, und einen Träger auf, wobei die Hinterleuchtungseinheit auf dem Träger angeordnet ist. Die Hinterleuchtungseinheit kann mechanisch, thermisch und/oder elektrisch mit dem Träger verbunden sein. Zum Beispiel ist der Träger eine Leiterplatte (Englisch: Printed Circuit Board). Der Halbleiterchip oder die Mehrzahl der Halbleiterchips kann über Kontaktstrukturen auf dem Träger extern elektrisch kontaktierbar sein. Es ist auch möglich, dass Transistoren zur Ansteuerung der Halbleiterchips auf dem Träger angeordnet oder im Träger integriert sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Anordnung weist der Träger eine strukturierte Vorderseite auf, die der Hinterleuchtungseinheit zugewandt ist. Die strukturierte Vorderseite ist insbesondere zur Streuung der vom Halbleiterchip erzeugten und auf den Träger auftreffenden elektromagnetischen Strahlung und somit zur Unterbindung von möglichen Hotspots eingerichtet. Mit anderen Worten ist die strukturierte Vorderseite insbesondere zur Erzielung einer Rückreflexion der vom Halbleiterchip erzeugten und auf den Träger auftreffenden elektromagnetischen Strahlung in größere Winkel, da sonst die Gefahr besteht, dass ein Bereich des Trägers um den Halbleiterchip hell aufleuchtet und so möglicherweise zu einem Hotspot führt. Zum Beispiel weist die Vorderseite des Trägers Erhöhungen und/oder Vertiefungen auf, die in Draufsicht sich in unmittelbarer Umgebung des Halbleiterchips befinden. Wird vom Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung in Richtung des Trägers emittiert, wird diese nicht direkt wieder in eine Vorwärtsrichtung zurückreflektiert, sondern in laterale Richtungen gestreut. Dies erhöht zusätzlich den Homogenitätsgrad der Leuchtdichteverteilung und unterbindet die Bildung von möglichen Hotspots.
Im folgenden Text sind weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung beschrieben, wobei die einzelnen Aspekte nummeriert sind, um die Bezugnahme auf Merkmale anderer Aspekte zu erleichtern. Aspekt 1: Hinterleuchtungseinheit mit zumindest einem Halbleiterchip und einem Vergusskörper, wobei
- der Halbleiterchip zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
- der Vergusskörper zumindest eine Vertiefung aufweist,
- der Halbleiterchip außerhalb der Vertiefung angeordnet ist und in Draufsicht auf den Vergusskörper mit der Vertiefung überlappt, und
- der Halbleiterchip ein seitenemittierender Halbleiterchip ist.
Aspekt 2: Hinterleuchtungseinheit nach Aspekt 1, bei der der Halbleiterchip zumindest in lateralen Richtungen von dem Vergusskörper umschlossen ist.
Aspekt 3: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei der die Vertiefung pyramidenförmig oder stumpfpyramidenförmig ausgeführt ist und mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterchip einen größer werdenden Querschnitt aufweist, wobei die Vertiefung eine Bodenfläche aufweist, die eben ausgeführt ist.
Aspekt 4: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei der die Vertiefung Seitenwände aufweist, die konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sind.
Aspekt 5: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei der die Vertiefung Kanten aufweist, die abgerundet sind.
Aspekt 6: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte, bei der die Vertiefung mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist. Aspekt 7: Hinterleuchtungseinheit nach einem der Aspekte 1 bis 6, bei der die Vertiefung mit einem teiltransparenten Material, einem diffusen Material, einem farbigen Material und/oder mit einem wellenlängen-konvertierenden Material gefüllt ist.
Aspekt 8: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte mit einem Deckschichtstapel, der auf dem Vergusskörper aufliegt und die Vertiefung vollständig bedeckt .
Aspekt 9: Hinterleuchtungseinheit nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei eine vertikale Ausdehnung der Hinterleuchtungseinheit durch eine Vorderseite des Deckschichtstapels und eine Rückseite des Vergusskörpers begrenzt ist, und wobei eine vertikale Gesamthöhe der Hinterleuchtungseinheit, die durch einen vertikalen Abstand zwischen der Vorderseite des Deckschichtstapels und der Rückseite des Vergusskörpers gegeben ist, höchstens 3 mm ist.
Aspekt 10: Hinterleuchtungseinheit nach einem der Aspekte 8 bis 9, bei der der Vergusskörper eine Vorderseite aufweist, die gekrümmt ausgeführt ist, wodurch bereichsweise sich ein Zwischenspalt zwischen dem Vergusskörper und dem Deckschichtstapel befindet.
Aspekt 11: Hinterleuchtungseinheit nach einem der Aspekte 8 bis 10, bei der der Deckschichtstapel zumindest eine oder mehrere Schichten aus einer Gruppe aus Funktionsschichten aufweist, wobei die Gruppe aus Funktionsschichten eine Phosphorschicht, eine Diffusorschicht und/oder sogenannte Brightness-Enhancement-Folien enthält. Aspekt 12: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte mit einem Reflektor, wobei der Reflektor zumindest einen rahmenartigen Teilbereich aufweist, dessen Öffnung vom Material des Vergusskörpers aufgefüllt ist und den Halbleiterchip sowie die Vertiefung des Vergusskörpers in lateralen Richtungen umschließt.
Aspekt 13: Hinterleuchtungseinheit nach dem vorhergehenden Aspekt, bei der der Vergusskörper entlang der vertikalen Richtung über den Teilbereich hinausragt, wobei der Vergusskörper in Draufsicht Ränder des Teilbereiches zumindest teilweise oder vollständig bedeckt.
Aspekt 14: Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips, wobei
- die Hinterleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Einheitszellen jeweils mit einem der Halbleiterchips aufweist,
- der Vergusskörper eine Mehrzahl von Teilbereichen jeweils mit einer Vertiefung aufweist,
- die Teilbereiche des Vergusskörpers jeweils einen der Halbleiterchips lateral umschließen, wobei der eine Halbleiterchip außerhalb der ihm zugehörigen Vertiefung angeordnet ist und in Draufsicht auf den Vergusskörper mit der ihm zugehörigen Vertiefung überlappt, und
- die Teilbereiche des Vergusskörpers jeweils einer der Einheitszellen zugeordnet sind.
Aspekt 15: Hinterleuchtungseinheit nach dem vorhergehenden Aspekt mit einem gemeinsamen Reflektor, wobei - der gemeinsame Reflektor eine Mehrzahl von zusammenhängenden Teilbereichen aufweist, die jeweils einer der Einheitszellen zugeordnet sind, und
- der Vergusskörper mit seinen Teilbereichen zusammenhängend ausgeführt ist.
Aspekt 16: Anordnung aus der Hinterleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Aspekte und einem Träger, wobei
- die Hinterleuchtungseinheit auf dem Träger angeordnet ist, und
- der Halbleiterchip über Kontaktstrukturen auf dem Träger extern elektrisch kontaktierbar ist.
Aspekt 17: Anordnung aus der Hinterleuchtungseinheit nach einem der Aspekte 1 bis 15 und einem Träger, wobei
- die Hinterleuchtungseinheit auf dem Träger angeordnet ist,
- der Träger eine strukturierte Vorderseite aufweist, die der Hinterleuchtungseinheit zugewandt ist, und
- die strukturierte Vorderseite zur Streuung der vom Halbleiterchip erzeugten und auf den Träger auftreffenden elektromagnetischen Strahlung und somit zur Unterbindung von möglichen Hotspots eingerichtet ist.
Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Hinterleuchtungseinheit oder der Anordnung aus der Hinterleuchtungseinheit und dem Träger ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1A bis 6E erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer Hinterleuchtungseinheit anhand einer Einheitszelle in Schnittansicht und in Draufsicht, Figuren IC und ID schematische Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele einer Anordnung mit einer Hinterleuchtungseinheit und einem Träger jeweils in Draufsicht,
Figur 2A schematische Darstellung eines Halbleiterchips der Hinterleuchtungseinheit und eine Leuchtdichteverteilung eines solchen Halbleiterchips,
Figuren 2B und 2C schematische Darstellungen eines Teilbereichs eines Vergusskörpers der Hinterleuchtungseinheit in Schnittansichten,
Figur 2D schematische Darstellung eines Reflektors der Hinterleuchtungseinheit,
Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen von Ergebnisse einer Simulation hinsichtlich der Leuchtdichte- und Farbortverteilung einer Einheitszelle,
Figur 4A schematische Darstellung eines gemeinsamen Reflektors einer Hinterleuchtungseinheit mit einer Mehrzahl von Einheitszellen,
Figur 4B schematische Darstellung einer Hinterleuchtungseinheit mit einer Mehrzahl von Einheitszellen,
Figuren 5A und 5B schematische Darstellungen eines strukturierten Trägers sowie einer Anordnung mit einer Hinterleuchtungseinheit auf einem strukturierten Träger, und Figuren 6A, 6B, 6C, 6D und 6E schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele einer Einheitszelle mit mehreren Halbleiterchips.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1A zeigt eine Hinterleuchtungseinheit 10, genauer eine Einheitszelle 10T der Hinterleuchtungseinheit 10. Die Hinterleuchtungseinheit 10 kann eine Mehrzahl von solchen Einheitszellen 10T aufweisen. Die Einheitszellen 10T können unmittelbar aneinander angrenzen. Insbesondere weist die Hinterleuchtungseinheit 10 eine Mehrzahl von Reihen und Spalten aus den Einheitszellen 10T auf. Mit anderen Worten sind die Einheitszellen 10T matrixartig angeordnet. Im Folgenden wird die Hinterleuchtungseinheit 10 der Einfachheit halber oft im Zusammenhang mit einer Einheitszelle 10T beschrieben .
Die Hinterleuchtungseinheit 10 weist zumindest einen Halbleiterchip 2 auf, der zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Die Hinterleuchtungseinheit 10 weist einen Vergusskörper 4 mit zumindest einer Vertiefung 40 auf. Der Vergusskörper 4 weist eine Mehrzahl von Teilbereichen 40T auf, die insbesondere jeweils genau einer der Einheitszellen 10T zugeordnet sind. Zum Beispiel sind die Teilbereiche 40T integrale Bestandteile eines zusammenhängenden Vergusskörpers 4. Jeder der Teilbereiche 40T kann eine Vertiefung 40, insbesondere genau eine Vertiefung 40 aufweisen.
Entlang der vertikalen Richtung erstreckt sich die Vertiefung 40 von einer Vorderseite 41 des Vergusskörpers 4 in den Vergusskörper 4 hinein und bildet somit ein Sackloch im Vergusskörper 4. Die Vorderseite 41 des Vergusskörpers 4 oder des Teilbereichs 40T des Vergusskörpers 4 kann gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt ausgeführt sein. Abgesehen von der Position der Vertiefung 4 kann die Vorderseite 41 die Form einer Linse annehmen. Eine Rückseite 42 des Vergusskörpers 4 oder des Teilbereichs 40T des Vergusskörpers 4 kann eben ausgeführt sein. Die Rückseite 42 kann freizugänglich sein. Insbesondere ist eine Rückseite 10R der Hinterleuchtungseinheit 10 bereichsweise durch die Rückseite 42 des Vergusskörpers 4 gebildet.
Die Vertiefung 4 weist eine Bodenfläche 40B auf, die zum Beispiel eben ausgeführt ist. Die Vertiefung 4 weist Seitenflächen oder Seitenwände 40W auf, die eben oder konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sein können. Die Vertiefung 4 weist Kanten 40K auf, die scharfkantig oder abgerundet ausgeführt sind. Die Kanten 40K können inneren Kanten, zum Beispiel zwischen benachbarten Seitenwänden 40W oder zwischen der Bodenfläche 40B und den Seitenwänden 40W, oder äußere Kanten, zum Beispiel zwischen der Vorderseite 41 des Vergusskörpers 4 und den Seitenwänden 40W, sein.
In der Figur 1A sind vertikale Richtung z und laterale Richtungen x sowie y schematisch dargestellt. Entlang der vertikalen Richtung und mit zunehmendem Abstand von der Bodenfläche 40B weist die Vertiefung 40 einen größer werdenden lateralen Querschnitt auf. Die Vertiefung 40 ist insbesondere pyramidenartig, etwa stumpfpyramidenartig, ausgeführt. Die Bodenfläche 40B kann viereckig, rechteckig, quadratisch, kreisförmig oder elliptisch sein oder kann eine andere geometrische Form annehmen.
Die Hinterleuchtungseinheit 10 weist zumindest einen Halbleiterchip 2 auf. Insbesondere weist die
Hinterleuchtungseinheit 10 eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 auf, die in verschiedenen Einheitszellen 10T angeordnet sind. Zum Beispiel sind die Halbleiterchips 2 seitenemittierende Halbleiterchips 2. Es ist möglich, dass jeder Teilbereich 40T des Vergusskörpers 4 genau eine Vertiefung und genau einen seitenemittierenden Halbleiterchip 2 aufweist.
Gemäß Figur 1A ist der Halbleiterchip 2 außerhalb der Vertiefung 40 angeordnet. In Draufsicht auf den Vergusskörper 4 überlappt die Vertiefung 40 mit dem Halbleiterchip 2. Die Bodenfläche 40B der Vertiefung 4 kann den Halbleiterchip 2 teilweise oder vollständig bedecken. Es ist möglich, dass die Geometrie der Bodenfläche 40B der Vertiefung 4 an die Geometrie des Halbleiterchips 2 angepasst ist. Zum Beispiel weisen die Bodenfläche 40B und ein Querschnitt des Halbleiterchips 2 die gleiche geometrische Form auf.
Gemäß Figur 1A ist der Halbleiterchip 2 in lateralen Richtungen von dem Vergusskörper 4 umschlossen. Zum Beispiel können eine Vorderseite 2V und alle Seitenflächen 2S des Halbleiterchips 2 (vergleiche Figur 2A) vom Material des Vergusskörpers 4 bedeckt, insbesondere vollständig bedeckt sein. Auch eine Rückseite 2R des Halbleiterchips 2 kann vom Material des Vergusskörpers 4 teilweise oder vollständig bedeckt sein. Abweichend von Figur 1A ist es möglich, dass eine Rückseite 2R des Halbleiterchips 2 zum Beispiel mit elektrischen Kontaktstellen an der Rückseite 10R der Hinterleuchtungseinheit 10 frei zugänglich ist. Der Halbleiterchip 2 kann somit teilweise oder vollständig im Vergusskörpers 4 eingebettet sein. Abweichend von Figur 1A ist es möglich, dass der Halbleiterchip 2 außerhalb des Vergusskörpers 4 befindet.
Die Hinterleuchtungseinheit 10 weist einen Reflektor 3 auf. Der Reflektor 3 kann zusammenhängend ausgeführt sein. Die Rückseite 10R der Hinterleuchtungseinheit 10 kann bereichsweise durch Oberfläche des Reflektors 3 gebildet sein. Zum Beispiel weist der Reflektor 3 integrale Teilbereiche 3T auf, die jeweils einer der Einheitszellen 10T zugeordnet sind. Der Reflektor 3 weist eine Mehrzahl von Öffnungen auf, die jeweils einer der Einheitszellen 10T zugeordnet sind. Entlang der vertikalen Richtung erstreckt sich die Öffnung insbesondere durch den Reflektor 3 hindurch und ist somit insbesondere als Durchloch ausgeführt. Zum Beispiel weist jeder der Teilbereiche 3T des Reflektors 3 eine solche Öffnung auf. Die Öffnung/en ist/sind mit dem Material des Vergusskörpers 4 aufgefüllt. Der Reflektor 3 oder der Teilbereich 3T des Reflektors 3 weist insbesondere schräge Seitenwände 3W auf. Die Seitenwände 3W können vom Material des Vergusskörpers 4 vollständig bedeckt sein.
Der Reflektor 3 weist obere Ränder 3R auf, die vom Material des Vergusskörpers 4 vollständig bedeckt sein können. Der Vergusskörper 4 ragt entlang der vertikalen Richtung insbesondere über den Reflektor 3 hinaus. Aufgrund der Überdeckung des Reflektors 3 können die Teilbereiche 40T, insbesondere alle Teilbereiche 40T des Vergusskörpers 4 miteinander verbunden sein. In diesem Sinne ist der Vergusskörper 4 einstückig ausgeführt.
Die Hinterleuchtungseinheit 10 weist einen Deckschichtstapel 5, insbesondere einen gemeinsamen Deckschichtstapel 5, für alle Einheitszellen 10T auf. Der Deckschichtstapel 5 ist auf dem Vergusskörper 4 angeordnet. Aufgrund der Krümmung der Vorderseite 41 des Vergusskörpers 4 kann sich ein Zwischenspalt 45 zwischen dem Vergusskörper 4 und dem Deckschichtstapel 5 befinden. Der Zwischenspalt 45 kann zumindest bereichsweise mit einem gasförmigen Medium, etwa mit Luft, gefüllt sein. Es ist auch möglich, dass der Zwischenspalt 45 bereichsweise mit einem festen Medium, etwa mit einem Verbindungsmaterial, gefüllt ist.
Der Deckschichtstapel 5 weist eine Mehrzahl von Funktionenschichten von 59 auf. Die Funktionsschicht 59 kann eine Phosphorschicht 54, etwa in Form einer Phosphorfolie, eine Diffusorschicht 55, etwa in Form einer
Volumendiffusorfolie, oder eine Brightness-Enhancement-Folie (BEF, DBEF) 56 sein. Die Phosphorschicht 54 kann Leuchtstoffe aufweisen, die elektromagnetische Strahlung kurzer Wellenlänge in elektromagnetische Strahlung längerer Wellenlänge umwandeln können. Zum Beispiel ist der Halbleiterchip 2 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im blauen oder im ultravioletten Spektralbereich eingerichtet. Diese Strahlung kann von der Phosphorschicht 54 in elektromagnetische Strahlung im gelben, grünen oder roten Spektralbereich umgewandelt werden. Die Diffusorschicht 55 und die Brightness-Enhancement-Schicht 56 sind insbesondere zur Durchmischung der umgewandelten Strahlungen eingerichtet. Gemäß Figur 1A weist der Deckschichtstapel 5 unter anderem eine DBEF-Schicht 56 und zwei BEF-Schichten 56 auf. Der Deckschichtstapel 5 weist eine Vorderseite 51 und eine Rückseite 52 auf, wobei die Rückseite 52 dem Vergusskörper 4 zugewandt ist. Die Rückseite 52 kann durch eine Oberfläche der Phosphorschicht 54 gebildet sein. Die Vorderseite 51 ist insbesondere eine freiliegende Oberfläche des Deckschichtstapels 5, die durch eine Oberfläche der Brightness-Enhancement-Folie 56 gebildet sein kann. Eine Vorderseite 10V der Hinterleuchtungseinheit 10 kann durch die Vorderseite 51 des Deckschichtstapels 5 gebildet sein.
Die Hinterleuchtungseinheit 10 weist eine vertikale Gesamthöhe 10H auf. Die vertikale Gesamthöhe 10H gibt insbesondere eine mittlere vertikale Ausdehnung der Hinterleuchtungseinheit 10 an. Die vertikale Ausdehnung der Hinterleuchtungseinheit ist insbesondere durch die Vorderseite 51 des Deckschichtstapels 5 und die Rückseite 42 des Vergusskörpers 4 begrenzt. Insbesondere beträgt die vertikale Gesamthöhe 10H der Hinterleuchtungseinheit 10, die durch einen vertikalen Abstand zwischen der Vorderseite 51 des Deckschichtstapels 5 und der Rückseite 42 des Vergusskörpers 4 gegeben ist, höchstens 3 mm, 2,5 mm, 2 mm oder höchsten 1,5 mm.
Figur 1B zeigt eine schematische Darstellung einer Einheitszelle 10T ohne den Deckschichtstapel 5. Die Vertiefung 40 ist zentral im Teilbereich 40T des Vergusskörpers 4 angeordnet. Der Vergusskörper 4 bedeckt in Draufsicht den Teilbereich 3T des Reflektors 3 insbesondere vollständig. Innerhalb der Einheitszelle 10T weist der Teilbereich 40 des Vergusskörpers 4 von der Vertiefung 40 zum Vergussrand hin eine verringerte vertikale Dicke. Die Vertiefung 40 befindet sich oberhalb der Lichtquelle, zum Beispiel oberhalb dem Halbleiterchip 2, und weist eine konische oder pyramidenartige Form auf.
Figur IC zeigt eine Anordnung 100 mit einer
Hinterleuchtungseinheit 10, die insbesondere in der Figur 1A schematisch dargestellt ist, und einem Träger 90. Der Träger 90 kann eine Leiterplatte sein. Insbesondere ist die Hinterleuchtungseinheit 10 mit dem Träger 90 mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Der Träger 90 kann elektrische Kontaktstrukturen 90K auf seiner Vorderseite 91 aufweisen, über die der Halbleiterchip 2 oder die Mehrzahl der Halbleiterchips 2 extern elektrisch kontaktiert werden kann. Die Vorderseite 91 ist insbesondere hochreflektierend ausgeführt und kann einen Reflexionsgrad R größer als 90 % oder größer als 95 % aufweist. Zum Beispiel weist die Vorderseite 91 des Trägers 90 eine weiße Lambertsche Streucharakteristik auf.
Wie in der Figur ID schematisch dargestellt, kann der Halbleiterchip 2 Kontaktstrukturen 2K aufweisen, die auf der Rückseite 10R der Hinterleuchtungseinheit 10 freizugänglich sind und mit den Kontaktstrukturen 90K des Trägers 90 elektrisch leitend verbunden werden können. Alternativ ist es möglich, dass der Halbleiterchip 2 auf einem Chipträger angeordnet ist, der die Kontaktstrukturen 2K aufweisen.
Figur 2A zeigt einen seitenemittierenden Halbleiterchip 2 der Hinterleuchtungseinheit und eine Leuchtdichteverteilung eines solchen Halbleiterchips 2.
Der Halbleiterchip 2 kann eine erste Halbleiterschicht 21, eine zweite Halbleiterschicht 22 und eine aktive Zone 23 aufweisen, wobei die aktive Zone 23 in vertikaler Richtung zwischen der ersten Halbleiterschicht 21 und der zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnet und insbesondere zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Die erste Halbleiterschicht 21 und die zweite Halbleiterschicht 22 können n-leitend bzw. p-leitend ausgeführt sein, oder umgekehrt. Der Halbleiterchip 2 ist als seitenemittierender Halbleiterchip 2 ausgeführt, wobei ein Hauptteil der emittierten Strahlung an den Seitenflächen 2S aus dem Halbleiterchip 2 austritt. Die Emission erfolgt insbesondere nicht oder kaum über die Vorderseite 2V oder über die Rückseite 2R. Auf der rechten Seite der Figur 2A ist eine winkelabhängige Strahlungsemission eines solchen Halbleiterchips 2 schematisch dargestellt. Ein Hauptteil der Strahlung wird nicht direkt in eine vertikale Vorwärtsrichtung z abgestrahlt. Die Emission ist eher keulenartig und ist in laterale Richtungen aufgefächert. Die Hauptabstrahlrichtung bildet mit der Vorwärtsrichtung z einen Winkel zwischen 35° und 65°.
Der Halbleiterchip 2 ist in der Einheitszelle 10T insbesondere derart angeordnet, dass die Vorderseite 2V der Bodenfläche 40B der Vertiefung 40 zugewandt ist. Eine derartige relative Anordnung des Halbleiterchips 2 zu der Vertiefung 40 erhöht den Homogenitätsgrad in der Leuchtdichteverteilung der Einheitszelle 10T.
Figur 2B zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs 4T eines Vergusskörpers 4 mit der Vertiefung 40. Der Vergusskörpers 4 ist insbesondere aus einem Material gebildet, das für die vom Halbleiterchip 2 erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässig insbesondere transparent ist. Zum Beispiel ist der Vergusskörper 4 aus Silikon, Epoxid, Acrylat oder aus einem ähnlichen Material gebildet. Insbesondere weist das Material einen Brechungsindex größer als 1,35 auf.
Der Vergusskörpers 4 weist eine vertikale Höhe 4H auf, die zum Beispiel zwischen einschließlich 0,5 mm und einer 1,5 mm ist, etwa um 0,9 mm. Die Vertiefung 40 weist eine vertikale Tiefe auf, die zum Beispiel zwischen einschließlich 0,2 mm und 1 mm ist, etwa zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,8 mm oder zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,5 mm. Ein vertikaler Abstand 4A zwischen der Rückseite 42 des Vergusskörpers 4 und der Bodenfläche 40B der Vertiefung 40 kann zwischen einschließlich 0,2 mm und 1 mm sein, etwa zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,8 mm oder zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,5 mm, etwa um 0,35 mm. Zum Beispiel ist ein Verhältnis 4A zu 4H zwischen einschließlich 0,3 und 0,7, etwa zwischen 0,3 und 0,5 oder zwischen einschließlich 0,4 und 0,6.
Bevorzugt sind die Kanten 40K abgerundet, wodurch die in die Vertiefung 40 eingekoppelte Strahlung möglichst in alle lateralen Richtungen gestreut wird. Wie in der Figur 2B schematisch dargestellt ist die Bodenfläche 40B planar ausgeführt. Die Seitenwände 40W der Vertiefung 40 bilden mit einem senkrechten Lot insbesondere einen spitzen Neigungswinkel 40N. Zum Beispiel ist der Neigungswinkel 40N zwischen einschließlich von 30° und 60°, etwa zwischen 35° und 55°, etwa um 52°. Die Seitenwände 40W können planar oder konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sein.
Die Vertiefung 40 kann eine rechteckige, kreisrunde oder elliptische Form, oder eine rechteckige Form mit stark abgerundeten Ecken aufweisen. Der Querschnitt der Vertiefung 40 können verschiedene Formen annehmen. Zum Beispiel weisen die Bodenfläche 40B und eine obere Öffnung der Vertiefung 40 unterschiedliche Formen auf. Beispielweise wird eine kreisförmige Bodenfläche 40B in Richtung der oberen Öffnung der Vertiefung 40 in ein Rechteck überführt.
Figur 2C zeigt eine schematische Darstellung eines Teilbereichs 4T des Vergusskörpers 4 in Schnittansicht. Die Vorderseite 41 des Teilbereichs 4T verjüngt sich zum Vergussrand hin. Ein Neigungswinkel 41N der Vorderseite 41 des Vergusskörpers 4 oder des Teilbereichs 4T des Vergusskörpers 4 zum senkrechten Lot kann zwischen 90° und 120° sein, etwa zwischen 95° und 120°. Die Vorderseite 41 des Teilbereichs 4T kann die Form einer Oberfläche einer konvexen Linse annehmen. Der Vergusskörper 4 kann eine Mehrzahl von solchen lokalen gekrümmten Oberflächen aufweisen.
Insbesondere weist jede der Einheitszellen 10T einen solchen Teilbereich 4T mit einer gekrümmten Vorderseite 41 auf.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Vorderseite 41 Mikrostrukturen aufweist, etwa in Form von domartigen Erhebungen, Linsenstrukturen, Pyramidenformen, oder in Form von Vertiefungen, die Linsenformen und/oder Pyramidenformen aufweisen.
Figur 2D zeigt einen Teilbereich 3T des Reflektors 3. Dieser Teilbereich 3T ist insbesondere einer Einheitszelle 10T der Hinterleuchtungseinheit 10 zugeordnet. Der Teilbereich 3T befindet sich insbesondere nur am Außenbereich der Einheitszelle 10T. Der Teilbereich 3T weist eine Öffnung 30 in Form eines Durchlochs auf. Die Öffnung 30 ist insbesondere durch einen Teilbereich 4T des Vergusskörpers 4 aufgefüllt.
In Draufsicht kann der Teilbereich 3T des Reflektors 3 vom Vergusskörper 4 vollständig bedeckt sein. Der Teilbereich 3T oder der Reflektor 3 weist eine hochreflektierende oder eine Lambert'sch-streuende Oberfläche auf. Insbesondere ist ein Reflexionsgrad R der Oberfläche des Reflektors 3 größer als 90 %, etwa größer als 95 %. Der Teilbereich 3T oder der Reflektor 3 weist Seitenwände 3W auf, die schräg ausgeführt sind. Zum Beispiel bilden Seitenwände 3W mit einem senkrechten Lot einen Neigungswinkel 3N zwischen einschließlich 30° und 60°, zwischen einschließlich 30° und 55° oder zwischen einschließlich 30° und 45°. In Figur 2D beträgt der Neigungswinkel 3N zirka 47°.
Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen von Ergebnisse einer Simulation hinsichtlich der Leuchtdichteverteilung (Figur 3A) und hinsichtlich der Farbortverteilung (Figur 3B) einer Einheitszelle 10T. In Anwesenheit der Vertiefungen 40 kann ein besonders hoher Homogenitätsgrad bezüglich der Leuchtdichteverteilung und der Farbortverteilung erzielt werden.
Figur 4A zeigt einen Reflektor 3, etwa einen Sekundärreflektor 3, mit 25 Teilbereichen 3T, wobei die Teilbereiche 3T jeweils einer der Einheitszellen 10T der Hinterleuchtungseinheit 10 zugeordnet sind. Der Reflektor 3 hat eine Struktur mit schrägen Seitenwänden am Rand zur Begrenzung der Einheitszellen 10T und zur Vermeidung von Überkopplung in Nachbarzellen. Der Reflektor 3 kann teilweise oder vollständig im Vergusskörper 4 eingebettet sein.
Ein korrespondierender Vergusskörper 4 mit 25 Teilbereichen 4T jeweils mit einer mittig angeordneten Vertiefung 40 ist in der Figur 4B schematisch dargestellt. Die Vertiefung 40 oder die Mehrzahl der Vertiefungen 40 kann mit einem teiltransparenten Material, mit einem diffusen Material, mit einem farbigen Material, mit einem wellenlängen konvertierenden Material oder mit Kombinationen davon teilweise oder vollständig aufgefüllt werden. Es ist allerdings auch möglich, dass die Vertiefung 40 oder die Mehrzahl der Vertiefungen 40 nicht mit einem festen Material sondern mit einem gasförmigen Material, etwa mit Luft gefüllt sind.
Entlang der vertikalen Richtung ragt der Vergusskörper 4 über den Reflektor 3 hinaus, sodass in Draufsicht der Reflektor 3 vom Vergusskörper 4 vollständig bedeckt ist. Der Vergusskörper 4 ist zusammenhängend und einstückig ausgeführt. Die Einheitszellen 10T können jeweils eine laterale Breite oder eine laterale Länge zwischen einschließlich 5 mm und 15 mm etwa zwischen 8 mm und 12 mm aufweisen. Allerdings sind die Einheitszellen 10T nicht auf diese geometrischen Angaben beschränkt.
Es ist möglich, dass das Material des Vergusskörpers 4 mit Diffusorpartikeln geringer Konzentration, etwa weniger als 1 oder weniger als 2 Gewichtsprozent, gefüllt ist. Alternativ oder ergänzend kann das Material des Vergusskörpers 4 mit Phosphorpartikeln geringer Konzentration, etwa weniger als 5 Gewichtsprozent, gefüllt sein. In diesem Fall kann die Hinterleuchtungseinheit 10 mit einer separaten Phosphorschicht 54 oder ohne eine solche separate Phosphorschicht 54 ausgestattet sein.
Figuren 5A und 5B zeigen schematische Darstellungen eines strukturierten Trägers 90 sowie einer Anordnung 100 mit einer Hinterleuchtungseinheit 10 auf einem strukturierten Träger 10. Wie in der Figur 2A schematisch dargestellt wird ein nicht vernachlässigbarer Anteil der Strahlung direkt in Richtung des Trägers 90 abgestrahlt. Elektromagnetische Strahlung, die direkt neben dem Halbleiterchip 2 auf den Träger 90 auftrifft, könnte direkt in eine Vorwärtsrichtung, nämlich in die z-Richtung zurückreflektiert werden. Das würde möglicherweise zu einem Hotspot führen.
Dieses Problem kann zumindest teilweise gelöst werden, wenn eine Vorderseite 91 des Trägers 90 strukturiert ist. Insbesondere weist die Vorderseite 91 des Trägers 90 in Bereichen um den Halbleiterchip 2 Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf. Die strukturierte Vorderseite 91 ist insbesondere zur Erzielung einer Rückreflexion der vom Halbleiterchip 2 erzeugten und auf den Träger 90 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung in größere Winkel, um das Risiko zu minimieren, dass ein Bereich des Trägers 90 um den Halbleiterchip 2 hell aufleuchtet und so möglicherweise zu einem Hotspot führt.
Die Vertiefungen oder die Erhöhungen auf der Vorderseite 91 des Trägers 90 kann eine vertikale Tiefe oder eine vertikale Höhe zwischen einschließlich 0,1 mm und 0,5 mm oder zwischen einschließlich 0,15 mm und 0,45 mm, etwa um 0,3 mm aufweisen. Die Vertiefungen oder die Erhöhungen können Innenwände oder Seitenflächen aufweisen, die mit einem senkrechten Lot einen Neigungswinkel zwischen einschließlich 30° und 70°, etwa zwischen einschließlich 30° und 60°, zum Beispiel um 55° bilden.
Die Vorderseite 91 des Trägers 90 können großflächige Abschrägungen aufweisen, die etwa in Figur 5A gezeigt sind. Auch kann die Vorderseite 91 eine Mehrzahl von kleineren Vertiefungen oder Erhöhungen aufweisen, deren geometrischen Größen über die Vorderseite 91 gleich bleiben oder variieren.
Wie in der Figur 5B schematisch gezeigt kann ein Großteil der auf den Träger 90 auftreffenden Strahlung wieder in die Vorwärtsrichtung gestreut oder reflektiert werden.
Es ist weiterhin möglich, dass in einer Einheitszelle 10T mehrere Halbleiterchip 2 angebracht sind. Zum Beispiel weist eine Einheitszelle 10T drei, vier, sechs oder mehr als 6 Halbleiterchips 2 auf. Die Halbleiterchips 2 können spiegelsymmetrisch zu den xz- und yz-Ebenen, punktsymmetrisch zu der Mitte der Einheitszelle 10T oder zufällig verteilt angeordnet sein. Eine solche Einheitszelle 10T ist zum Beispiel in den Figuren 6A, 6B, 6C, 6D und 6E schematisch dargestellt. Betrachtet man die Einheitszelle 10T in Aufsicht, so sind die Halbleiterchips 2 zum Beispiel ganz oder teilweise unterhalb der Vertiefung 4 angebracht.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102021 119 175.0, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
10 Hinterleuchtungseinheit
10V Vorderseite der Hinterleuchtungseinheit 10R Rückseite der Hinterleuchtungseinheit 10H vertikale Gesamthöhe der Hinterleuchtungseinheit 10T Einheitszelle der Hinterleuchtungseinheit
2 Halbleiterchip
21 erste Halbleiterschicht
22 zweite Halbleiterschicht
23 aktive Zone
2K Kontaktstruktur des Halbleiterchips
2V Vorderseite des Halbleiterchips
2R Rückseite des Halbleiterchips 2S Seitenfläche des Halbleiterchips
3 Reflektor
30 Öffnung des Reflektors 3T Teilbereich des Reflektors 3R Rand des Teilbereichs 3T des Reflektors 3W Seitenwand des Reflektors
4 Vergusskörper
41 Vorderseite des Vergusskörpers
41N Neigungswinkel der Vorderseite des Vergusskörpers
42 Rückseite des Vergusskörpers 40T Teilbereich des Vergusskörpers
40 Vertiefung des Vergusskörpers 40B Bodenfläche der Vertiefung 40K Kante der Vertiefung 40W Seitenwand der Vertiefung 40N Neigungswinkel der Seitenwand 4H Höhe des Vergusskörpers
4A Abstand zwischen Rückseite des Vergusskörpers und Bodenfläche der Vertiefung
45 Zwischenspalt
5 DeckschichtStapel
51 Vorderseite des Deckschichtstapels
52 Rückseite des Deckschichtstapels
54 Phosphorschicht
55 Diffusorschicht
56 Brightness-Enhancement-Folie, BEF 59 Funktionsschicht
90 Träger
91 Vorderseite des Trägers 90K Kontaktstruktur des Trägers
100 Anordnung mit Hinterleuchtungseinheit und Träger

Claims

Patentansprüche
1. Hinterleuchtungseinheit (10) mit zumindest einem Halbleiterchip (2), einem Reflektor (3) und einem Vergusskörper (4), wobei
- der Halbleiterchip (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist,
- der Vergusskörper (4) zumindest eine Vertiefung (40) aufweist,
- der Halbleiterchip (2) außerhalb der Vertiefung (40) angeordnet ist und in Draufsicht auf den Vergusskörper (4) mit der Vertiefung (40) überlappt,
- der Halbleiterchip (2) ein seitenemittierender Halbleiterchip ist,
- der Reflektor (3) zumindest einen rahmenartigen Teilbereich (3T) aufweist, dessen Öffnung vom Material des Vergusskörpers (4) aufgefüllt ist und den Halbleiterchip
(2) sowie die Vertiefung (40) des Vergusskörpers (4) in lateralen Richtungen umschließt, und
- der Vergusskörper (4) entlang vertikaler Richtung über den Teilbereich (3T) hinausragt, wobei der Vergusskörper (4) in Draufsicht Ränder (3R) des Teilbereiches (3T) zumindest teilweise oder vollständig bedeckt.
2. Hinterleuchtungseinheit (10) nach Anspruch 1, bei der der Halbleiterchip (2) zumindest in lateralen Richtungen von dem Vergusskörper (4) umschlossen ist.
3. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (40) pyramidenförmig oder stumpfpyramidenförmig ausgeführt ist und mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterchip (2) einen größer werdenden Querschnitt aufweist, wobei die Vertiefung (40) eine Bodenfläche (40B) aufweist, die eben ausgeführt ist.
4. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (40) Seitenwände (40W) aufweist, die konvex oder konkav gekrümmt ausgeführt sind.
5. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (40) Kanten (40K) aufweist, die abgerundet sind.
6. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (40) mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist.
7. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Vertiefung (40) mit einem teiltransparenten Material, einem diffusen Material, einem farbigen Material und/oder mit einem wellenlängen konvertierenden Material gefüllt ist.
8. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Deckschichtstapel (5), der auf dem Vergusskörper (4) aufliegt und die Vertiefung (40) vollständig bedeckt.
9. Hinterleuchtungseinheit (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine vertikale Ausdehnung der Hinterleuchtungseinheit (10) durch eine Vorderseite (51) des Deckschichtstapels (5) und eine Rückseite (42) des Vergusskörpers (4) begrenzt ist, und wobei eine vertikale Gesamthöhe (10H) der Hinterleuchtungseinheit (10), die durch einen vertikalen Abstand zwischen der Vorderseite (51) des Deckschichtstapels (5) und der Rückseite (42) des Vergusskörpers (4) gegeben ist, höchstens 3 mm ist.
10. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei der der Vergusskörper (4) eine Vorderseite (41) aufweist, die gekrümmt ausgeführt ist, wodurch bereichsweise sich ein Zwischenspalt (45) zwischen dem Vergusskörper (4) und dem Deckschichtstapel (5) befindet.
11. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der der Deckschichtstapel (5) zumindest eine oder mehrere Schichten aus einer Gruppe aus Funktionsschichten (59) aufweist, wobei die Gruppe aus Funktionsschichten eine Phosphorschicht (54), eine Diffusorschicht (55) und/oder sogenannte Brightness-Enhancement-Folien (56) enthält.
12. Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), wobei
- die Hinterleuchtungseinheit (10) eine Mehrzahl von Einheitszellen (10T) jeweils mit einem der Halbleiterchips (2) aufweist,
- der Vergusskörper (4) eine Mehrzahl von Teilbereichen (40T) jeweils mit einer Vertiefung (40) aufweist,
- die Teilbereiche (40T) des Vergusskörpers (4) jeweils einen der Halbleiterchips (2) lateral umschließen, wobei der eine Halbleiterchip (2) außerhalb der ihm zugehörigen Vertiefung (40) angeordnet ist und in Draufsicht auf den Vergusskörper (4) mit der ihm zugehörigen Vertiefung (40) überlappt, und
- die Teilbereiche (40T) des Vergusskörpers (4) jeweils einer der Einheitszellen (10T) zugeordnet sind.
13. Hinterleuchtungseinheit (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- der Reflektor (3) ein gemeinsamer Reflektor (3) ist, der eine Mehrzahl von zusammenhängenden Teilbereichen (3T) aufweist, die jeweils einer der Einheitszellen (10T) zugeordnet sind, und
- der Vergusskörper (4) mit seinen Teilbereichen (40T) zusammenhängend ausgeführt ist.
14. Anordnung (100) aus der Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Träger (90), wobei
- die Hinterleuchtungseinheit (10) auf dem Träger (90) angeordnet ist, und - der Halbleiterchip (2) über Kontaktstrukturen (90K) auf dem Träger (90) extern elektrisch kontaktierbar ist.
15. Anordnung (100) aus der Hinterleuchtungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einem Träger (90), wobei - die Hinterleuchtungseinheit (10) auf dem Träger (90) angeordnet ist,
- der Träger (90) eine strukturierte Vorderseite (91) aufweist, die der Hinterleuchtungseinheit (10) zugewandt ist, und - die strukturierte Vorderseite (91) zur Streuung der vom
Halbleiterchip (2) erzeugten und auf den Träger (90) auftreffenden elektromagnetischen Strahlung und somit zur Unterbindung von möglichen Hotspots eingerichtet ist.
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