-
Es
wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
-
Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil anzugeben, welches im ausgeschalteten Betriebszustand
bei Betrachtung einer Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterbauteils für einen externen Betrachter gemäß einem
vorgebbaren Farbeindruck erscheint.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Bauteil zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip kann es sich beispielsweise
um einen Lumineszenzdiodenchip handeln. Bei dem Lumineszenzdiodenchip
kann es sich um einen Leucht- oder Laserdiodenchip handeln, der
Strahlung im Bereich von ultraviolettem bis infrarotem Licht emittiert.
Vorzugsweise emittiert der Lumineszenzdiodenchip Licht im sichtbaren
oder ultravioletten Bereich des Spektrums der elektromagnetischen
Strahlung.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform ist dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip
zumindest ein Konverterelement zur Konversion von vom Halbleiterchip
im Betrieb emittierter elektromagnetischer Strahlung in Abstrahlrichtung
nachgeordnet. Das Konverterelement emittiert bei Bestrahlung mit Umgebungslicht – falls
dieses einen Wellenlängenanteil umfasst, der zur Anregung
eines Konversionsstoffes im Konvertermaterial geeignet ist – farbiges Licht.
Das Konverterelement ist auf oder an einer Strahlungsaustrittsfläche
des Halbleiterchips angeordnet. Im Betrieb des optoelektronischen
Halbleiterbauteils wandelt das Konversionselement Licht einer Wellenlänge
in Licht einer anderen Wellenlänge um. Beispielsweise wandelt
das Konverterelement von dem Halbleiterchip primär emittiertes
blaues Licht teilweise in gelbes Licht um, das sich dann zusammen
mit dem blauen Licht zu weißem Licht vermischen kann.
-
Das
Konverterelement hat also im Betrieb des Halbleiterbauteils die
Funktion eines Lichtkonverters. Das Konverterelement kann auf den
Halbleiterchip aufgebracht sein und damit direkt in Kontakt mit
dem Halbleiterchip stehen. Beispielsweise kann dies durch Aufkleben
des Konverterelements auf den Halbleiterchip oder mittels eines
Siebdruckverfahrens erreicht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
dass das Konverterelement nur mittelbar mit dem Halbleiterchip in
Kontakt steht. Das kann heißen, dass sich zwischen der
Grenzfläche Konverterelement/Halbleiterchip ein Spalt ausbildet
und sich so das Konverterelement und der Halbleiterchip nicht berühren.
Der Spalt kann mit einem Gas, beispielsweise Luft, gefüllt
sein.
-
Das
Konverterelement kann mit einem Silikon, einem Epoxid einer Mischung
aus Silikon und Epoxid oder einer transparenten Keramik gebildet sein,
in das Partikel eines Konversionsstoffs eingebracht sind.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform weist das Bauteil eine Lichtaustrittsfläche
auf. Vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung
wird zum Beispiel durch ein optisches Element aus dem Bauteil ausgekoppelt.
Das optische Element des Bauteils weist dann eine Strahldurchlassöffnung auf, über
die die Strahlung aus dem Bauteil ausgekoppelt wird. Die Strahldurchlassöffnung
weist eine dem Halbleiterchip abgewandete Außenfläche auf,
die die Lichtaustrittsfläche des Bauteils bildet. Bei dem
optischen Element kann es sich um eine Linse oder auch um eine einfache
Abdeckplatte handeln. Ferner ist es möglich, dass das optische
Element durch einen Verguss gebildet ist, der den Halbleiterchip
umschließt oder umhüllt.
-
Weiter
umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil ein Mittel zum diffusen
Streuen von Licht, das eingerichtet ist, in einem ausgeschalteten
Betriebszustand des Bauteils auf das Bauteil auftreffendes Umgebungslicht
derart zu streuen, dass die Lichtaustrittsfläche des Bauteils
nicht in der Farbe des Konverterelements, also zum Beispiel gelb
erscheint. Bevorzugt erscheint die Lichtauskoppelfläche
nicht farbig, sondern weiß. Ein Körper erscheint weiß,
wenn beispielsweise das gesamte Sonnenspektrum gestreut wird. Fällt
Umgebungslicht auf das Bauteil, so streut das Mittel zum diffusen
Streuen von Licht das Umgebungslicht derart, dass es nach der Streuung
durch das Mittel für einen externen Beobachter weiß erscheint.
Dabei ist es möglich, dass das Mittel zum diffusen Streuen
von Licht aus einem einzigen Element gebildet ist. Es ist zudem
auch möglich, dass das Mittel zum diffusen Streuen von
Licht aus mehreren Komponenten besteht, die jede für sich
genommen in der Lage sind, Licht diffus zu streuen.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Bauteil zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip,
zumindest ein dem Halbleiterchip nachgeordnetes Konverterelement
zur Konversion von vom Halbleiterchip im Betrieb emittierter elektromagnetischer
Strahlung, wobei das Konverterelement bei Bestrahlung mit Umgebungslicht
farbiges Licht abstrahlt. Weiter umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil
ein Mittel zum diffusen Streuen von Licht. Das Mittel zum diffusen
Streuen von Licht ist eingerichtet, um in einem ausgeschalteten
Betriebszustand des Bauteils auf das Bauteil auftreffendes Umgebungslicht
derart zu streuen, dass eine Lichtaustrittsfläche des Bauteils
weiß erscheint.
-
Das
hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil beruht dabei
unter anderem auf der Erkenntnis, dass im ausgeschalteten Betriebszustand
des Bauteils das Halbleiterbauteil für einen externen Betrachter
farbig erscheint, falls das beschriebene Mittel zum diffusen Streuen
von Licht nicht vorhanden ist. In diesem Fall erscheint die Lichtauskoppelfläche
des Bauteils aufgrund des Konverterelements farbig.
-
Das
Konverterelement reemittiert bei einer Bestrahlung mit Umgebungslicht
also farbiges Licht, da im Umgebungslicht ebenso für das
Konverterelement anregende Anteile vorhanden sind. Beispielsweise
wandelt das Konverterelement auftreffendes blaues Licht in gelbes
Licht um. Das Bauteil erscheint also im ausgeschalteten Betriebszustand
an seiner Lichtauskoppelfläche in einer anderen Farbe,
als im eingeschalteten Betriebszustand.
-
Um
nun einen solchen störenden farbigen Farbeindruck zu vermeiden,
macht das hier beschriebene Bauteil von der Idee Gebrauch, gezielt
ein Mittel zum diffusen Streuen von Licht an zumindest einer Stelle
im Strahlengang des optoelektronischen Halbleiterbauteils zu positionieren.
Der Strahlengang ist der Weg, den die vom Halbleiterchip emittierte
elektromagnetische Strahlung bis zur Auskopplung durch die Lichtaustrittsfläche
des Bauteils zurücklegt. Das eingebrachte Mittel zum diffusen
Streuen von Licht im Strahlengang führt dazu, dass von
außerhalb durch die Lichtauskoppelfläche einfallendes
Licht gestreut wird, bevor es auf das Konverterelement fällt. Da
das Mittel zum diffusen Streuen von Licht das gesamte Spektrum des
von außen einfallenden Umgebungslichts streut, erscheint
dieses Licht weiß. Ein Teil des Licht kann zwar auf das
Konverterelement treffen und wird farbig reemittiert, jedoch wird
auch dieses reemittierte Licht beim Durchtritt durch das Mittel
zum diffusen Streuen von Licht wiederum gestreut und mischt sich
mit dem gestreuten Umgebungslicht. Somit sieht ein Beobachter das
vom Konverterelement reemittierte farbige Licht zusammen mit dem
von dem Mittel zum diffusen Streuen von Licht weiß gestreuten
Licht. Da Licht nur über die Lichtaustrittsfläche
aus dem Bauteil austreten kann, wird der Farbeindruck nur durch
das aus der Austrittsfläche kommende Licht definiert. Je
größer nun das Verhältnis von gestreutem
weißem zu reemittiertem farbigem Licht ist, desto weißer
ist der Gesamteindruck der Lichtaustrittsfläche des Bauteils
für einen externen Betrachter.
-
Der äußere
Farbeindruck der Lichtaustrittsfläche des Bauteils kann
weiter dadurch ganz besonders vorteilhaft einfach eingestellt werden,
dass das Mittel zum diffusen Streuen von Licht mehrere Komponenten
umfasst und die einzelnen Komponenten des Mittels zum diffusen Streuen
von Licht an unterschiedlichen Stellen des Bauteils und in unterschiedlichen
Konzentrationen angebracht werden können.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht ein Matrixmaterial,
in das strahlungsstreuende Partikel (auch Diffusorpartikel) eingebracht
sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Matrixmaterial um ein
Material, welches für die vom Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische
Strahlung transparent ist, um im Betrieb des Bauteils eine möglichst
hohe Strahlungsauskopplung aus dem Bauteil sicherzustellen. Bei dem
Matrixmaterial kann es sich um ein transparentes Kunststoffmaterial
wie Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung aus Silikon und Epoxid
handeln. Zum Beispiel enthält das Matrixmaterial eines
dieser Materialien. In das Matrixmaterial sind strahlungsstreuende
Partikel eingebracht, die auf das Matrixmaterial einfallende Strahlung
diffus streuen.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfassen die strahlungsstreuenden Partikel zumindest Partikel aus
den Materialien Siliziumdioxid (SiO2), ZrO2, TiO2 und/oder
AlxOy. Beispielsweise
kann es sich bei dem Aluminiumoxid um Al2O3 handeln. Die strahlungsstreuenden Partikel
werden vor dem Einbringen in das Halbleiterbauteil mit dem Matrixmaterial
vermengt. Vorzugsweise werden die strahlungsstreuenden Partikel
derart im Matrixmaterial verteilt, dass die Konzentration der strahlungsstreuenden
Partikel im ausgehärteten Matrixmaterial gleichmäßig
ist. Vorzugsweise wird das vom ausgehärteten Matrixmaterial
reflektierte Licht isotrop reflektiert und gestreut.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
beträgt die Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel
im Matrixmaterial mehr als 6 Gew-%. Es konnte gezeigt werden, dass
ab einer solchen Konzentration der strahlungsstreuenden Partikel
der für einen externen Betrachter weiße Farbeindruck
erzeugt wird und das gestreute weiße Licht das vom Konverter
farbige, beispielsweise gelbe, reemittierte Licht überlagert.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
stehen das Konverterelement und das Mittel zum diffusen Streuen
von Licht in direktem Kontakt miteinander. Beispielsweise umfasst
das Mittel zum diffusen Streuen von Licht um eine Licht-streuende
Folie. Das heißt, dass entlang der Strahlaustrittsrichtung
des Halbleiterbauteils die Folie direkt auf das Konverterelement folgt.
Beispielsweise ist die Folie auf das Konverterelement aufgeklebt.
Vorzugsweise bildet sich an der Grenzfläche Konverter/Folie
weder ein Spalt noch eine Unterbrechung aus. Zur Herstellung der
Folie können in das Material der Licht-streuenden Folie
vor dem Aushärten strahlungsstreuende Partikel, beispielsweise
Partikel aus Al2O3,
eingebracht werden.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
bedeckt das Mittel zum diffusen Streuen von Licht das Konverterelement
an allen freiliegenden Außenflächen des Konverterelements.
Vorzugsweise umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht eine
Schicht aus einem Matrixmaterial, welches mit strahlungsstreuenden
Partikeln vermengt ist. Das Matrixmaterial bildet nach dem Aushärten
eine Schicht, die das Konverterelement an allen freiliegenden Außenflächen
bedeckt. Vorteilhaft wird so ein möglichst hoher Anteil
von in das Bauteil einfallendem Umgebungslicht bereits von der Schicht
aus dem Bauteil herausgestreut, ohne zuerst auf das Konverterelement
aufzutreffen. Da die Schicht auch alle freiliegenden Seitenflächen
des Konverterelements bedeckt, wird vermieden, dass die Seitenflächen
des Konverterelements farbiges Licht reemittieren. Auf diese Weise wird
ein möglichst hoher Weißanteil im reflektierten Licht
erzeugt.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht ein optisches
Element, das zumindest stellenweise eine Linse bildet. Beispielsweise
ist das mit strahlungsstreuenden Partikeln vermengte Matrixmaterial
des Mittels zum diffusen Streuen von Licht mit einem Silikon gebildet,
welches für elektromagnetische Strahlung transparent ist.
Nach dem Aushärten des Matrixmaterials kann sich eine Linse
in Form einer Sammellinse ausbilden. Weiter ist es ebenso möglich,
dass das ausgehärtete Linsenmaterial lediglich im Bereich
der Lichtaustrittsfläche linsenförmig ausgebildet
ist. Die Linse des optoelektronischen Halbleiterbauteils sorgt für
eine effiziente Auskopplung der aus dem Bauteil ausgekoppelten Strahlung.
Durch Ausformung des Mittels zum diffusen Streuen von Licht zu einer
Linse wird eine Doppelfunktion erfüllt. Zum einen verbessert
das Mittel die Auskopplung der Strahlung zum anderen sorgt es für
eine Streuung des auftreffenden Umgebungslichts zu weißem
Licht. Weiter wird Licht, welches in das Bauteil gelangt und vom
Konverter farbig, beispielsweise gelb, reemittiert wird, beim Austritt
aus dem Bauteil durch die in der Linse enthaltenen strahlungstreuenden
Partikel diffus gestreut. Durch die Streuung des gelben Lichts wird
der Weißanteil im ausgekoppelten Lichtspektrum nochmals verstärkt.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht eine Aufrauung
einer Lichtdurchtrittsfläche eines lichtdurchlässigen
Körpers. Bei dem lichtdurchlässigen Körper kann
es sich um eine Linse, eine Platte, eine Abdeckung des Bauteils
oder ähnliches handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei
der Aufrauung um eine Aufrauung gemäß der Norm
VDI 3400, insbesondere der Typen N4 bis N10. Beispielsweise
weist die Aufrauung unter anderem eine mittlere Tiefe von 1 bis
2 μm, bevorzugt von 1,5 μm, auf. Zum einen streut
die Aufrauung von vom Konverterelement reemittiertes farbiges Licht
diffus, zum anderen streut die Aufrauung einfallendes Umgebungslicht
derart, dass die Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterbauteils weiß erscheint. Weiter ist es aber ebenso möglich,
dass das Mittel zum diffusen Streuen von Licht neben der Aufrauung
der Lichtdurchtrittsfläche eine weitere diffus streuende
Komponente beinhaltet, welches den genannten Effekt verstärkt.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht Mikrostrukturen.
Beispielsweise handelt es sich bei den Mikrostrukturen um planar
ausgeführte Wabenstrukturen, die als Schicht auf der Lichtauskoppelfläche
der Linse mittels eines Siebdruckprozesses, eines Thermotransferverfahrens
oder einer UV-Replikation aufgebracht werden. Ebenso können
die Mikrostrukturen eine von der Wabenstruktur abweichende Form
und Beschaffenheit aufweisen und sind daher in ihrer Struktur nicht
festgelegt. Die Mikrostrukturen können auch untereinander
variierende und/oder sich zufällig ergebende Ausgestaltungen
aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke wenigstens
10 μm. Die Mikrostrukturen weisen eine diffraktive Wirkung
in Bezug auf die auf sie auftreffende elektromagnetische Strahlung
auf. Ferner findet keine Defraktion der auftreffenden Strahlung
durch die Mikrostrukturen statt. Die Mikrostrukturen bilden daher
beispielsweise keine Beugungsgitter.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht eine Licht-streuende
Platte, die das Konverterelement seitlich überragt. Vorzugsweise
ist die Licht-streuende Platte starr. Beispielsweise wird die Platte
mit einem strahlungstreuenden Partikeln vermengten Matrixmaterial
gebildet, das zu der Platte ausgehärtet ist. Die Licht-streuende
Platte kann auch mit einem keramischen Material gebildet sein. Ebenso
ist denkbar, dass die dem Halbleiterchip abgewandte Seite der Platte,
auf die das Umgebungslicht trifft, aufgeraut ist und durch eine
solche Ausgestaltung der Platte das auftreffende Umgebungslicht
diffus zurückgestreut und aus dem Bauteil ausgekoppelt
wird. Vorzugsweise sind die Licht-streuende Platte und das Konverterelement
in direktem Kontakt. Um zu vermeiden, dass vom Konverterelement
seitlich reflektierte farbige Strahlung aus dem Bauelement gelangt und
gleichzeitig möglichst wenig Umgebungslicht auf das Konverterelement
fällt, überragt die Licht-streuende Platte das
Konverterelement seitlich. Es ist auch möglich, dass die
Platte neben dem Konverterelement zusätzlich den Halbleiterchip
seitlich überragt. Vorzugsweise überragt die Licht-streuende
Platte den Halbleiterchip um 200 μm bis 500 μm,
besonders bevorzugt um 300 μm bis 400 μm, zum
Beispiel um 350 μm. Vorzugsweise weist die Licht-streuende Platte
eine Dicke von 100 μm bis 1 mm, bevorzugt von 300 μm
bis 800 μm, zum Beispiel von 500 μm, auf. Vorteilhaft
wird durch eine solche Ausgestaltung des Mittels zum diffusen Streuen
von Licht ein möglichst hoher Anteil des Umgebungslichts
diffus gestreut, wodurch die Lichtaustrittsfläche weiß erscheint.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils
umfasst das Mittel zum diffusen Streuen von Licht einen Film, der
auf einer Außenfläche einer Linse aufgebracht ist.
Die Außenfläche ist die dem Halbleiterchip abgewandte
Seite der Oberfläche der Linse und bildet die Lichtaustrittsfläche.
Auf die Lichtaustrittsfläche der Linse ist das Mittel zum
diffusen Streuen von Licht beispielsweise in Form eines dünnschichtigen
Filmes aufgebracht. Vorzugsweise wird der Film mittels Kleben auf
der Linse befestigt. Der dünnschichtige Film enthält
neben dem Matrixmaterial ebenso strahlungsstreuende Partikel und
sorgt dadurch für eine diffuse Reflexion von einfallendem
Umgebungslicht und gleichzeitig einer diffusen Streuung des vom Konverterelement
reflektierten farbigen Lichts, welches ebenso durch die Linse aus
dem Bauteil ausgekoppelt wird.
-
Es
wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Mittels des Verfahrens
ist ein hier beschriebenes Bauteil herstellbar. Das heißt,
sämtliche in Verbindung mit dem Bauteil offenbarten Merkmale
sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
-
Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst
ein Trägerelement bereitgestellt. Bei dem Trägerelement
kann es sich beispielsweise um eine Folie handeln.
-
In
einem zweiten Schritt wird mittels eines Siebdruckprozesses ein
Konverterelement auf dem Trägerelement gebildet. Nach dem
Aufbringen einer ersten Schablone wird mittels des Siebdruckprozesses
das Material des Konverterelements auf das Trägerelement
zum Beispiel aufgerakelt. Nach dem Aufbringen und einem eventuellen
Aushärten des Materials wird die erste Schablone vom Trägerelement entfernt.
Bei dem Material für das Konverterelement kann es sich
zum Beispiel um eine Schicht mit Silikon oder aus einer transparenten
Keramik handeln, in die Konverterpartikel eingebracht sind.
-
In
einem dritten Schritt wird unter Verwendung einer auf das Trägerelement
aufgebrachten zweiten Schablone mittels eines zweiten Siebdruckprozesses
auf alle freiliegenden Außenflächen des Konverterelements
ein Mittel zum diffusen Streuen von Licht als eine zweite Schicht
aufgebracht. Das Mittel zum diffusen Streuen von Licht bedeckt das Konverterelement
an allen freiliegenden Seitenflächen und der dem Trägerelement
abgewandeten Oberseite. Das Material kann beispielsweise aufgerakelt
werden und anschließend aushärten.
-
Nach
dem Ablösen des Trägerelements und der zweiten
Schablone vom Verbund bestehend aus Konverterelement und zweiter
Schicht wird der Verbund auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip aufgebracht.
-
Im
Folgenden wird das hier beschriebene Bauteil sowie das hier beschriebene
Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen
Figuren näher erläutert.
-
Die 1a bis 1h zeigen
in schematischen Schnittdarstellungen Ausführungsbeispiele
eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
-
Die 2a, 2b, 3a und 3b zeigen
einzelne Fertigungsschritte zur Herstellung zumindest eines Ausführungsbeispiels
eines hier beschriebenen Bauteils.
-
In
den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche
oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
-
In
der 1a ist anhand einer schematischen
Schnittdarstellung ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil
mit einem Grundkörper 13 bestehend aus einem Träger 1 und
einem darauf angebrachten Gehäuse 2 dargestellt.
Innerhalb des Gehäuses 2 ist ein Halbleiterchip
auf der Oberfläche des Trägers 1 aufgebracht.
-
Der
Träger 1 und das Gehäuse 2 können
mit einem Kunststoff oder einer Keramik gebildet sein. Der Träger 1 ist
als eine Leiterplatte oder ein Trägerrahmen (Leadframe)
des Bauteils ausgebildet.
-
Der
Halbleiterchip 3 ist mit dem Träger 1 elektrisch
leitend verbunden. Auf dem Halbleiterchip 3 ist das Konverterelement 4 aufgebracht,
welches im eingeschalteten Zustand des Bauteils die vom Halbleiterchip 3 primär
emittierte Strahlung in Strahlung anderer Wellenlänge umwandelt.
Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Konverterelement 4 um
eine optische CLC-Schicht (Chip-Level-Konversionsschicht), die das
vom Halbleiterchip 3 primär emittierte blaue Licht
teilweise in gelbes Licht umwandelt. Weiter reemittiert das Konversionselement 4 von
außen einfallendes Umgebungslicht und wandelt beispielsweise
im Umgebungslicht blau enthaltendes Licht in gelbes Licht um. Bei
dem Konverterelement 4 kann es sich um eine Schicht, gebildet
mit Silikon oder aus transparenter Keramik, handeln, in die Konverterpartikel
eingebracht sind.
-
Auf
dem Konversionselement 4 ist eine Licht-streuende Platte 51 aufgebracht.
Bei dem Material der Licht-streuenden Platte 51 handelt
es sich um Silikon, welches vor dem Aushärten zu der Platte mit
strahlungsstreuenden Partikeln aus Aluminiumoxid vermengt wurde.
Die Konzentration der Aluminumoxidpartikel in der Licht-streuenden
Platte 51 beträgt 6 Gew-%. Mit einer solchen Konzentration
wurden die deutlichsten Effekte in Bezug auf das für einen
externen Betrachter weiße Erscheinungsbild im ausgeschalteten
Betriebszustand des Bauelements erzielt. Die Licht-streuende Platte 51 überdeckt
die Seitenflächen des Konverterelements 4 nicht.
Die seitliche Ausdehnung der Licht-streuenden Platte 51 ist
größer gewählt als die seitliche Ausdehnung
des Konverterelements 4, so dass die Licht-streuende Platte 51 nicht
nur das Konverterelement 4 sondern ebenso den Halbleiterchip 3 in
seiner seitlichen Ausdehnung überragt. Die Licht-streuende
Platte 51 überragt den Halbleiterchip 3 seitlich
um die Länge B, die wenigstens 10% der Seitenlänge
des Halbleiterchips 3 beträgt. Vorliegend beträgt
die Länge B 200 μm. Im ausgeschalteten Betriebszustand
des optoelektronischen Halbleiterbauteils hat dies den Vorteil, dass
möglichst wenig Umgebungslicht auf das Konverterelement 4 fällt
und das aus dem optoelektronischen Halbleiterbauteil heraus reflektierte
Licht daher vorwiegend weiß ist.
-
Weiter
zeigt die 1a ein optisches Element,
welches in Form einer Linse 6 ausgebildet und in das Gehäuse 2 eingepasst
ist. Die Linse 6 sorgt für eine effiziente Auskopplung
der aus dem Bauteil remittierten, gestreuten oder emittierten elektromagnetischen
Strahlung. Nur der Strahlungsanteil 14a der Gesamtstrahlung,
der auf eine Lichteintrittsfläche 61 der Linse 6 trifft,
wird durch die Linse 6 aus dem Bauteil über eine
Lichtaustrittsfläche 62 ausgekoppelt. Die Lichteintrittsfläche 61 ist
der Teil der Außenfläche der Linse 6,
die dem Halbleiterchip 3 zugewandt ist. Die Lichtaustrittsfläche 62 ist
der Teil der Außenfläche der Linse 6,
die dem Halbleiterchip 3 abgewandt ist. Die Linse 6 weist
eine Dicke D auf. Die Dicke D ist der maximale Abstand zwischen
der Lichteintrittsfläche 61 und der Lichtaustrittsfläche 62 in
Richtung senkrecht zu der der Linse 6 zugewandten Oberfläche
des Trägers 1. Der Strahlungsanteil 14B,
der nicht auf die Lichteintrittsfläche 61 trifft,
wird nicht aus dem Bauteil ausgekoppelt. Die Linse 6 ist
in vorliegendem Ausführungsbeispiel aus einem Silikon gebildet
und für elektromagnetische Strahlung transparent. Die Linse 6 enthält
keine strahlungsstreuenden Partikel. Ausschließlich durch
die Linse 6 wird die in das Bauteil gelangte und die vom
Halbleiterchip 3 im Betrieb emittierte elektromagnetische
Strahlung ausgekoppelt, da sowohl der Träger 1 als
auch das Gehäuse 2 strahlungsundurchlässig
sind.
-
Die 1b zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil,
bei dem das Mittel zum diffusen Streuen von Licht 5 die
Linse 6 ist. Dazu wurde das Material der Linse, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein Silikon, mit strahlungsstreuenden
Partikeln aus Aluminiumoxid in einer Konzentration von 0,2 bis 1
Gew-%, bevorzugt von 0,4 bis 0,8, vorliegend von 0,6 Gew-%, vermengt,
wobei die Linse 6 eine Dicke D von 1,5 mm aufweist.
-
1c zeigt wie in 1a eine
auf dem Konverterelement 4 aufgebrachte Licht-streuende
Platte 51. Zusätzlich ist neben der Licht-streuenden
Platte 51 die Lichteintrittsfläche 61 der
Linse 6 aufgeraut. Die mittlere Tiefe der Aufrauung 7 beträgt
1 bis 2 μm, vorliegend 1,5 μm. Das Mittel zum
diffusen Streuen von Licht 5 umfasst in der 1c sowohl die Licht-streuende Platte 51 als
auch die Aufrauung 7 und besteht somit aus zwei Komponenten
zum diffusen Streuen von Licht.
-
1d zeigt eine weitere Kombinationsmöglichkeit
der einzelnen Komponenten des Mittels zum diffusen Streuen von Licht 5.
Wie bereits in 1b dargestellt, sind
Aluminiumoxidpartikel mit einer Konzentration von 0,2 bis 1 Gew-%,
bevorzugt von 0,4 bis 0,8 Gew-%, vorliegend von 0,6 Gew-% in das
Material der Linse 6 eingebracht, wobei die Dicke D der Linse 6 1,5
mm beträgt. Weiter umfasst das Mittel zum diffusen Streuen
von Licht 5 zusätzlich die Aufrauung 7 an
der Strahlungseintrittsfläche 61 der Linse 6.
Beide Komponenten verstärken durch eine solche Kombination
die diffus streuende Wirkung auf das einfallende Umgebungslicht.
-
Die 1e zeigt eine Linse 6 bestehend
aus einem klaren Silikon, bei der die Lichtaustrittsfläche 62 mit
einem Licht-streuenden Material durch Verwendung eines Zweikomponentenspritzgusses
umspritzt wurde. Das Licht-streuende Material bildet eine Schicht
um die Lichtaustrittsfläche 62 der Linse 6 und
stellt zusammen mit der Linse 6 das Mittel zum diffusen
Streuen von Licht 5 dar. Bei dem diffusen Material handelt
es sich wiederum um ein Silikon, welches mit strahlungsstreuenden
Partikeln aus Aluminiumoxid vermengt wurde. Die Konzentration der Aluminiumoxidpartikel
beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,5
Gew-%, wobei die Schichtdicke idealerweise 50 bis 100 μm,
vorliegend 75 μm, beträgt.
-
In
der 1f ist auf der Lichtaustrittsfläche 62 der
Linse 6 eine Schicht mit Mikrostrukturen 52 aufgebracht,
die die physikalische Rolle des Mittels zum diffusen Streuen von
Licht 5 einnimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Schicht mit planar ausgeführten
Mikrostrukturen 52 in Wabenstruktur, die als Schicht auf
die Lichtaustrittsfläche 62 der Linse 6 mittels
Siebdruck, eines Thermotransferdruckverfahrens oder UV-Replikation aufgebracht
ist. Die Schichtdicke beträgt vorliegend 50 μm.
-
Die 1g zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil,
bei dem das Mittel zum Streuen von Licht 5 in Form eines
Films 53 auf die Lichtaustrittsfläche 62 der
Linse 6 aufgeklebt wurde. Bei dem Film 53 kann
es sich um eine dünne Schicht in Form einer Folie handeln,
die mit einem Silikon gebildet ist. Vorzugsweise weist der Film 53 eine
Dicke von 30 bis 500 μm auf. In vorliegendem Ausführungsbeispiel wurde
der Film 53 250 μm dick gewählt. In dem
Film 53 sind Partikel aus Aluminiumoxid in einer Konzentration
von 0,5 bis 1 Gew-%, vorliegend von 0,75 Gew-%, eingebracht. Der
Film 53 dient hierbei als Mittel zu diffusem Streuen von
Licht.
-
Die 1h zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil,
bei dem die Lichtaustrittsfläche 62 der Linse 6 aufgeraut
ist und die Aufrauung 7 das Mittel zum diffusen Streuen
von Licht 5 darstellt. Vorzugsweise weißt die
Aufrauung 7 eine mittlere Tiefe von 1 bis 2 μm,
bevorzugt von 1,5 μm, auf.
-
In
Verbindung mit den 2a, 2b, 3a und 3b wird
anhand schematischer Schnittdarstellungen ein hier beschriebenes
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß zumindest
einer Ausführungsform näher erläutert.
-
Die 2a zeigt eine Folie, die als Trägerelement 9 für
den Herstellungsprozess dient. Auf dem Trägerelement 9 ist
eine erste Schablone 8 aufgebracht. Mittels eines Aufdruckmittels,
in diesem Beispiel handelt es sich um eine Rakel 12, wird
das Material des Konverterelements 4 in die Öffnungen
der Schablone 8 eingebracht. Bei dem Material des Konverterelements 4 kann
es sich um eine Schicht mit Silikon oder aus einem Keramikmaterial
handeln, in die Konverterpartikel eingebracht sind. Nach dem Aufbringen
des Konverterelements 4 mittels Siebdruck auf die Schablone 8 und
einem gegebenenfalls Aushärten des Materials wird die Schablone 8 von
dem Trägerelement 9 und vom Konverterelement 4 entfernt.
Das Konverterelement 4 bildet eine erste Schicht auf dem
Trägerelement 9.
-
In
einem zweiten Schritt wird eine zweite Schablone 10 auf
das Trägerelement 9 aufgebracht und mittels eines
zweiten Siebdruckprozesses unter Verwendung der Rakel 12 ein
Mittel zum diffusen Streuen von Licht auf die zweite Schablone 10 als zweite
Schicht 11 aufgerakelt. Die zweite Schicht 11 bedeckt
das Konverterelement 4 an allen freiliegenden Außenflächen
und steht mit dem Konverterelement 4 in direktem Kontakt,
siehe 2b. Nach dem Aufbringen der
zweiten Schicht 11 auf das Konverterelement 4 wird
die zweite Schablone 10 sowohl von dem Trägerelement 9 als
auch von dem Verbund bestehend aus Konverterelement 4 und
der zweiten Schicht 11 entfernt.
-
Bei
der zweiten Schicht 11 kann es sich sowohl um eine zweite
Konverterschicht als auch um eine mit strahlungsstreuenden Partikeln
versehene Schicht handeln. Beispielsweise handelt es sich dabei
um eine Konverterschicht, die vom Konverterelement 4 emittiertes
Licht teilweise in Licht einer anderen Farbe umwandelt.
-
Handelt
es sich um eine zweite Konverterschicht 11a, kann der Vorgang
wiederholt werden und in einem dritten oder weiteren Schritt wird
das Mittel zum diffusen Streuen von Licht 5 auf die zweite Konverterschicht 11a aufgebracht.
-
Alternativ
zum hier beschriebenen Siebdruckverfahren kann ein dickflüssiges
Mittel auf die Schablonen 8 beziehungsweise 10 aufgetröpfelt
werden. Mittels eines Spin-Coating-Prozesses wird anschließend
das Material auf der Oberfläche des Trägerelements 9 verteilt
und kann dann aushärten.
-
In
einem letzten Verfahrensschritt wird das Trägerelement 9 von
dem Verbund bestehend aus Konverterelement 4 und der zweiten
Schicht 11 entfernt, siehe 3a und 3b.
-
Der
Verbund wird anschließend auf den strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 3 aufgebracht. Das Aufbringen kann mittels
Kleben, Löten oder Plättchentransfer geschehen.
-
Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr erfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie
jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination
von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch
wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit
in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen
angegeben ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-