CN103688378A - 光学元件、光电子器件和它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

说明一种用于对来自发光半导体芯片（5）的光进行光耦合输出和/或变换的光学元件，具有选自波长变换层（1）、散射层（2）、光耦合输出层（3）和透镜层（7）的至少一个层，这些层分别具有能够在模压方法中处理的合成材料。此外，还说明一种具有带发光半导体芯片（5）和光学元件的载体（4）的光电子器件以及用于制造光学元件和光电子器件的方法。

Description

光学元件、光电子器件和它们的制造方法
技术领域
本专利申请要求德国专利申请10 2011 102 350.3的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
发明内容
说明了一种光学元件、一种光电子器件和用于制造它们的方法。
确定实施方式的至少一个任务是说明一种光学元件。确定实施方式的至少另一任务是说明一种带有光学元件的光电子器件。确定实施方式的另外的任务在于说明用于制造光学元件和光电子器件的方法。
这些任务通过按照下面的描述的主题和方法解决。该主题的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中表现并且此外由接下来的描述和附图得到。
按照至少一种实施方式提供一种光学元件，其适于光折射、光散射、光衍射、波长变换或上述功能的一种或者多种的组合。该光学元件为此可以具有带有一个或多个透镜例如单透镜或透镜矩阵或透镜阵列形式的透镜层。此外，光学元件可以具有带有不同折射率的材料，例如以具有带嵌入散射颗粒的基质材料的散射层形式或以带有不同折射率的至少两层的形式。此外，光学元件可以具有一种或多种波长变换层形式的波长变换材料。此外，上述特征/层的组合也是可能的。如果光学元件具有多个层，则这些层相互叠置并且优选直接相互叠置或者至少在部分区域中直接相互叠置地布置。
按照另一种实施方式，光学元件具有至少一层，该层借助模压方法来制造。此外，光学元件可以具有多个层，这些层借助模压方法来制造。有利地，光学元件的所有层都可以借助模压方法来制造。
按照至少一种实施方式，在用于制造光学元件的方法中借助模压方法制造至少一个层。为此，所述至少一个层具有合成材料，该合成材料可以借助模压方法来处理。
按照另一种实施方式，在该光学元件的方法中，在第一方法步骤中借助模压方法制造第一层。在另一方法步骤中，借助模压方法将第二层成型到第一层上。第一和第二层可以通过上述层构成。此外，也可以将多于两个层借助相继的模压方法步骤成型到彼此上。
特别优选的是，光学元件的所有层分别借助模压方法来制造，其中在多层的情况下它们可以优选通过相继的模压方法步骤成型到彼此上。
在下面描述的实施方式和特征同样地适用于光学元件以及用于制造光学元件的方法。
按照另一实施方式，光学元件具有波长变换层和散射层。波长变换层和散射层叠置地布置。尤其是波长变换层和散射层可以直接叠置或者至少在部分区域中直接叠置地布置。
光学元件在该情况下尤其是可以适于并且被构造用于光输出耦合和光变换，所述光由发光半导体芯片辐射出。
按照另一实施方式，波长变换层和散射层分别具有可在模压方法中处理的合成材料。尤其是，波长变换层和散射层优选可借助模压方法分别制造。
按照另一实施方式，在用于制造光学元件的方法中，分别借助模压方法来制造波长变换层和散射层作为光学元件的第一和第二层。这尤其是可以意味着，在第一成型步骤中借助模压方法制造第一层，其中第一层可以选自波长变换层和散射层。在第二成型步骤中，将相应地选自波长变换层和散射层的第二层成型到第一层上。这尤其是可以意味着，例如在第一成型步骤中，作为第一层借助模压方法来制造波长变换层。在第二成型步骤中，作为第二层同样借助模压方法来制造散射层并且在此成型到波长变换层上。对此可代替地，也可能的是，在第一成型步骤中制造散射层作为第一层，然后在第二成型步骤中作为第二层将波长变换层成型到第一层上。
按照另一实施方式，光学元件具有带有一个透镜或者透镜矩阵或透镜阵列形式的多个透镜的透镜层。多个透镜在此借助模压方法被构造在关联的复合体中作为透镜层。
按照另一实施方式，光学元件具有第一层，该第一层作为透镜层具有一个透镜或者多个透镜的形式，该第一层被覆盖上第二层。第一和第二层在该情况下具有不同的折射率。由此，光学元件可以被构造为所谓的平面透镜或者平坦透镜，其中透镜形状被构造在第一和第二层之间的界面上并且其中第一和第二层的背离界面的侧可以分别被实施为平面的、也即平坦的。通过以透镜状构造的界面上的折射率跳变可以实现光折射。为了制造这种光学元件可以相应地应用先前所描述的方法。
按照另一实施方式，光学元件具有波长变换层和透镜层或在彼此上成型的平面透镜。所述层之一按照上述方法借助模压在第一模压方法步骤中作为第一层被构造并且另外的一层或多层在另外的方法步骤中借助模压方法分别在另外的模压方法步骤中被成型。按照另一种实施方式，针对第一成型步骤提供具有模压工具的模压装置，在该模压工具中，制造第一层。如果光学元件仅仅具有一层，例如透镜层，则作为透镜层制造的第一层可以作为光学元件被取走。
如果光学元件除了第一层外还具有至少一个第二层，则可以在第二成型步骤中在同一模压装置中制造第二层，其中第一层构成用于制造第二层的模压工具的压模的一部分并且与第一层相比可能使用用于特定地成型第二层的另外的模压工具来作为压模的另外的部分。
例如可以在第一成型步骤中在模压装置中作为第一层来制造波长变换层。在第二成型步骤中，可以作为第二层在同一模压装置中制造散射层，其中波长变换层构成用于制造散射层的模压工具的压模的一部分。此外，可以在第一成型步骤中作为第一层制造透镜层，该透镜层在第二成型步骤中被覆盖具有与用于构成平面透镜不同的折射率的材料或者作为第二层的波长变换层。对此代替地，分别反过来的制造工序也是可能的。
通过使用同一模压装置或者作为模压装置的压模的一部分的第一层可以在一个唯一步骤中制造第二层并且通过成型上去而与第一层结合，使得所定义的层结构仅仅通过该模压方法的成型步骤来实现。光学元件在此可以作为功能性单元——例如波长变换层、散射层、透镜层或其组合——借助模压方法来制造。
按照另一实施方式，在模压方法中光学元件被成型到载体膜上。例如，在多层光学元件的情况下将第一层成型到载体膜上，所述载体膜在模压装置中与用于第一层的材料一起被提供。在取走一层或多层光学元件之后，载体模可以用于另外的传送和对光学元件的另外的处理。如果在模压方法中制造多个光学元件的复合体，则载体模也可以用作所谓的分离膜，在其上可以将复合体分割成光学元件。所述分割例如可以通过例如锯割、刻划、折断、冲压和/或激光分割或者其组合来进行。
按照另一实施方式，载体膜具有聚四氟乙烯（PTFE），其例如由于其高处理稳定性而是有利的。
按照另一实施方式，散射层被实施为反射层或者被实施为扩散层。这尤其是可以意味着，散射层具有可在模压方法中加工的合成材料，该合成材料具有被实施为扩散或反射颗粒的散射颗粒。
尤其是，散射颗粒例如可以包括金属和/或金属氧化物，例如氧化钛（TiO2）或者氧化铝（Al2O3）例如刚玉、和/或玻璃颗粒。在此，散射颗粒可以具有小于微米、直至10微米数量级也或者直至50微米的直径或粒度。例如散射颗粒可以具有小于或等于10μm的直径或粒度，并且特别优选地具有小于或等于3μm并且进一步地具有大于或等于300nm的直径或粒度。
通过在散射层中的散射颗粒的材料、大小和大小分布以及量和浓度可以有目的地调整散射层的散射和/或反射特性。
按照另一实施方式，波长变换层具有可在模压方法中处理的合成材料，在其中包含有波长变换材料。
此外，波长变换层可以具有一种或多种波长变换材料，其适合至少部分地吸收具有确定频谱的光、尤其是由发光半导体芯片辐射出的光并且以与所述光至少部分不同的波长范围发射光。波长变换材料在此例如可以具有一种或者多种下面的材料：带有稀土和/或碱土金属的材料，例如稀土石榴石和碱土金属，例如YAG:Ce3-、氮化物、氮基硅酸盐、Sione、Sialone、铝酸盐、氧化物、卤化磷酸盐、正硅酸盐、硫化物、钒酸盐、氯硅酸、氮氧化物和钼酸盐。此外波长变换材料还可以附加地或者代替地包含有机材料，其可以选自下面的组，该组包括二萘嵌苯、苯并芘、香豆素、若丹明和偶氮染料。波长变换层可以具有所述波长变换材料的合适的混合物和/或组合。由此，例如可能的是，波长变换层在紫外至蓝色波长范围内进行吸收并且在与其不同的波长范围中进行发射，该与其不同的波长范围具有蓝色至红色的波长或者波长范围，例如绿色和红色波长或波长范围或黄色波长或波长范围或其组合也或蓝色、绿色、黄色和红色波长或波长范围。通过具有这种波长变换材料的波长变换层，所述波长变换材料将由半导体芯片辐射出的蓝色半导体芯片的一部分变换成黄色和/或绿色和红色的光，尤其是可以通过将未经变换的光与经变换的光叠加来产生白光。对此代替地，针对波长变换材料，被吸收和发射的光的其他组合也是可能的。例如也可能的是，全部的或者几乎全部的辐射到波长变换层中的光被变换。在该情况下，也称所谓的全变换。
按照另一实施方式，根据光学元件的一层或多层的构型，透镜层和/或散射层和/或波长变换层作为可在模压方法中处理的合成材料具有硅酮或硅酮-环氧树脂-混合材料。这些材料不仅仅可以在模压方法中容易地被处理，而且也在辐射和环境引起的老化方面提供高耐抗性。硅酮或硅酮-环氧树脂-混合材料尤其是可以关于由发光半导体芯片辐射出的光是特别耐辐射的。与其他成型方法相比，在模压方法中没有浇口，从而与其相比可以实现材料节省。
按照另一实施方式，平面透镜具有分别带有硅酮的第一层和第二层，其中第一层的硅酮和第二层的硅酮具有不同的折射率。硅酮的折射率尤其是根据在硅原子上的有机取代基R1、R2和R3以及根据硅酮的分支度而定。硅酮的端部基团用R1R2R3SiO1/2描述，线性基团用R1R2SiO2/2描述并且分支基团用R1SiO3/2描述。R1和/或R2和/或R3可以在每个硅原子处独立地被选择。R1，R2和R3在此从带有不同数量的碳原子的有机取代基的变型中选择。有机取代基可以在硅酮中相互成任意关系。通常，取代基具有1至12、尤其是1至8个碳原子。例如，R1，R2和R3可以选自甲基、乙基、环已基或苯基、尤其是甲基和苯基。此外，折射率可以通过形成混杂材料例如硅酮环氧树脂来调整。
按照另一实施方式，至少一层例如透镜层、或由该层构成的光学元件的表面被玻璃化。该玻璃化例如可以借助氧气等离子体（O2等离子体）来实现。
按照另一实施方式，被构造为散射层的层具有至少一个凹部，在该凹部中可以布置发光半导体芯片。该凹部尤其是在散射层的制造中借助模压方法来制造。在光学元件的制造之后，该凹部优选布置在散射层的背离另外的层例如波长变换层的侧上。通过这种方式，带有凹部的光学元件可以布置在发光半导体芯片上面或上方，使得发光半导体芯片处于凹部内部。由发光半导体芯片辐射的光在此可以由散射层散射和/或反射并且尤其是也向另外的层、优选波长变换层的方向偏转。由该波长变换层变换的光（该光在发光半导体芯片的方向被辐射出并且因此逆着所希望的辐射方向）可以通过在发光半导体芯片和波长变换层之间的散射层散射和/或反射并且因此向所希望的辐射方向偏转。由此可以避免由于变换层在发光半导体芯片方向上或者在其上布置有发光半导体芯片的载体上的反向散射引起的光损失。此外，由发光半导体芯片辐射出的光可以通过散射层在其辐射特性方面被均匀化，使得由发光半导体芯片辐射出的光在波长变换层中的非均匀的光分布可以被避免。
所述至少一个凹部可以在其横向尺寸方面也即在其横截面方面匹配于设置在该凹部中的发光半导体芯片的横向尺寸或横截面。这尤其是可以意味着，凹部仅仅比半导体芯片宽少许并且具有与半导体芯片相同的横截面形状。由此，发光半导体芯片可以在其侧面上同样地被散射层围绕。
有利地，可以通过这里描述的光学元件来实现：与已知的措施相比，（所述已知的措施导致防止在发光半导体芯片方向上的反向散射和/或在波长变换层中的非均匀的光分布），可以避免在波长变换层以及反射性浇注物中的散射颗粒混合，其中将发光半导体芯片浇注到浇注物中直至芯片上边缘并且然后将变换层施加到其上。这种已知措施的制造引起的波动可以通过这里描述的方法来避免，尤其是可以实现散射层以及波长变换层的定义的层厚度和层结构。此外，与已知措施相比，可以实现在波长变换层中更均匀的辐射密度和由此导致改善的亮度分布和色点分布。波长变换层的由于芯片上方的高辐射密度导致的局部辐射损伤可以被避免，所述损伤在已知结构中可能发生。
按照另一实施方式，散射层在制造之后具有多个凹部，可以将多个发光半导体芯片布置到其中。换句话说，可以利用这里描述的方法来制造带有波长变换层的连续的光学元件与带有至少一个凹部的散射层的复合体。通过分割带有散射层中的至少一个或多个凹部的区域可以制造多个光学元件。
按照另一实施方式，散射层中的所述至少一个凹部可以穿过散射层。凹部因此可以被构造为穿过散射层的穿通孔或者穿通开口，其从散射层的背离波长变换层的层直至到达波长变换层。如果发光半导体芯片被布置在凹部中，则所述发光半导体芯片可以沿着凹部的走向将光直接辐射到波长变换层上。特别优选的是，凹部在散射层中被构造为非连续的孔或者非连续的开口，例如盲孔。在此，所述凹部从散射层的背离波长变换层的侧穿过散射层的一部分向波长变换层的方向延伸。通过将至少一个凹部构造成非连续的孔可以避免布置在凹部中的发光半导体芯片将光直接辐射到波长变换层上。该散射层可以在凹部的邻接于波长变换层的底部区域中具有如下薄的厚度：使得仅仅少量或者几乎没有光从散射层反向反射到发光半导体芯片，但是在向波长变换层方向辐射出的光遇到波长变换层之前，所述光在其辐射方向方面被均匀化。由此可以避免：在波长变换层的各个位置处实现过高的辐射密度，而在波长变换层的其他位置处的辐射密度较小，这可能具有由波长变换层并且从而由光学元件辐射出的光功率的不均匀的辐射密度。
此外，也可能的是，该光学元件具有不同于散射层的层，例如透镜层或波长变换层，在该波长变换层中构造有凹部，其中先前关于凹部所描述的特征在该情况下也适用。
按照另一实施方式，光学元件在波长变换层的背离散射层的侧上具有至少一个表面结构，尤其是三维表面结构。该表面结构可以特别合适于提高从波长变换层或光学元件的光耦合输出。例如，表面结构可以具有透镜状和/或棱镜状的突起和/或凹部。
按照另一实施方式，表面结构由波长变换层的表面构成。这尤其是可以意味着，波长变换层通过模压方法利用表面结构在背离散射层的侧上被制造。
按照另一实施方式，表面结构通过光耦合输出层构成，其布置在波长变换层的背离散射层的侧上。光耦合输出层尤其是可以具有合成材料，该合成材料可借助模压方法处理。此外，光耦合输出层可以优选为透明的。尤其是，光耦合输出层可以具有与散射层和/或波长变换层同样的合成材料。
为了制造带有波长变换层、散射层和附加的光耦合输出层作为可以分别借助模压方法制造的第一、第二和第三光学元件层的光学元件，可以在第一成型步骤中作为第一层制造波长变换层、散射层或光耦合输出层。例如，波长变换层可以作为第一层被制造。在第二成型步骤中，可以将第二层成型到第一层上。在将波长变换层作为第一层制造的情况下，可以在第二成型步骤中将光耦合输出层或散射层作为第二层成型到第一层上。在第三成型步骤中，可以将所述三个层中的剩下的层作为第三层成型到第一或第二层上。在作为第一层制造了波长变换层并且作为第二层制造了光耦合输出层的情况下，可以在第三成型步骤中将散射层作为第三层成型到波长变换层的背离光耦合输出层的侧上。对此代替地，用于制造这三个层的不同的顺序也是可能的。
按照另一实施方式，将这三层在同一模压装置中制造，其中第一层构成模压装置的用于制造第二层的模压工具的压模的一部分并且第一和第二层构成模压装置的用于制造第三层的模压工具的压模的一部分。由此能够实现，相继地在分别的方法步骤中制造这三个层并且接合到已经制造的层上。由散射层、波长变换层和光耦合输出层构成的功能单元因此可以利用定义的层结构通过模压方法以简单并且经济的方式来制造。
按照另一实施方式，至少在散射层和波长变换层之间的部分区域中布置透明材料。该透明材料尤其是可以是能够在模压方法中处理的合成材料，例如与用于波长变换层和/或散射层相同的材料。由此能够实现，分别利用希望的表面结构在彼此相向的表面上构造散射层和波长变换层，其中在散射层和波长变换层之间的间隙通过布置于其间的透明材料来填充。例如，散射层在此可以以反射器漏斗的形式构造在朝向波长变换层的侧上，其中所述反射器漏斗至少部分地用透明材料填充，使得可以在散射层上方与散射层的表面形状无关地布置例如平坦或弯曲层形式的波长变换层。
按照另一实施方式，光电子器件具有按照前述实施方式中的一种或多种的光学元件。此外，光电子器件具有载体。
该载体例如可以是带有电印制导线的合成材料或陶瓷载体。该载体例如可以被实施为例如所谓的印刷电路板（PCB）或所谓的金属芯印刷电路板（MCPCB）形式的电路板。此外，载体例如可以实施为所谓的FR4电路板。此外，载体也可以被构造为带有印制导线和/或电穿通接触部的陶瓷衬底。此外，载体材料也可以具有复合材料，例如由铜和环氧树脂构成的复合材料。
按照另一实施方式，在载体上布置至少一个发光半导体芯片。该载体尤其适于提供用于所述至少一个发光半导体芯片的安装区域，使得发光半导体芯片可以安装并且电连接在载体上。
载体尤其是可以构成在下面被称为平坦载体的载体，在其上布置有发光半导体芯片。在该情况下光学元件优选地具有如上面针对散射层所描述的凹部，在光学元件安装在带有发光半导体芯片的载体上之后所述至少一个发光半导体芯片被布置在该凹部中。
此外，载体也可以具有壳体或者被构造为壳体，所述壳体具有凹部、也即空腔，在其中布置有至少一个发光半导体芯片。该壳体例如可以具有合成材料，例如导体框架段形式的电接触元件被嵌入在所述合成材料中。壳体中的凹部可以填充覆盖有透明浇注材料的至少一个发光半导体芯片，使得带有浇注物的壳体构成平坦表面，在所述表面上可以布置并且例如粘贴上光学元件。
按照另一实施方式，发光半导体芯片被构造为，在运行中辐射出带有紫外至红外波长范围并且特别优选地在可见波长范围中的波长的光。为此，发光半导体芯片例如可以基于砷化合物半导体、磷化合物半导体或氮化合物半导体材料并且构造为外延生长的、带有有源区例如pn结或量子阱结构的半导体层序列。发光半导体芯片的构型是本领域技术人员已知的并且因此这里不进一步描述。
按照另一实施方式，所述至少一个发光半导体芯片在平坦载体上被布置在上面描述的至少一个散射层凹部中。为此，散射层尤其是可以直接布置在载体上在发光半导体芯片旁。由此，发光半导体芯片可以被光学元件的散射层包围，使得尽可能所有由发光半导体芯片辐射出的光辐射到散射层上和/或辐射向波长变换层方向。通过被包含在散射层中的散射颗粒可以因此实现由发光半导体芯片辐射出的光功率的均匀化。此外，可以避免未经变换的、由发光半导体芯片直接辐射出的光从光电子器件的直接出射。在带有波长变换层的已知发光二极管中这种效应是已知的，在已知发光二极管中波长变换层直接施加在发光二极管芯片上。这种已知发光二极管通常是发射蓝光的、带有波长变换层的发光二极管芯片，该波长变换层将蓝光的至少一部分变换成黄光。由于在这种已知发光二极管芯片中蓝光在侧边缘处可以直接从芯片未经变换地出射，因此由这种已知发光二极管芯片辐射出的光通常具有蓝色的边缘或外部区域，这也作为所谓的“蓝嵌边（blue piping）”或“蓝环”而已知。这种效应可以通过这里描述的光学元件在这里描述的光电子器件情况下有利地被避免。
通过散射层可以以所描述的方式有利地均匀化由所述至少一个发光半导体芯片辐射出的光，使得可以通过波长变换层有目的地调整由发光半导体芯片辐射出的光的应当被变换的份额。由此，在这里描述的用于制造光学元件的方法中以简单的方式实现了，已经在制造光学元件时就调整光电子器件的所希望的辐射特性。
按照另一实施方式，在平坦载体上布置多个发光半导体芯片。此外，在该情况下光学元件在散射层中具有多个凹部，使得多个发光半导体芯片可以布置在多个凹部中。由此，光电子器件可以例如被实施为光面砖（Lichtkachel），其例如在矩阵状布置中具有发光半导体芯片。分布在平坦载体的面上地，发光半导体芯片由此点状地并且从而以非均匀的方式辐射出光，所述光可以通过光学元件的散射层被均匀化。而由光学元件的波长变换层或者可能由光学元件的光耦合输出层出射的、经变换并且可能还部分地未经变换的光由于通过散射层的均匀化而具有匀称并且均匀的强度分布。由此可以实现匀称地进行照明的光面砖。
按照另一实施方式，在用于制造光电子器件的方法中以上面描述的方式制造光学元件并且与带有至少一个发光半导体芯片的平坦载体接合，使得所述至少一个发光半导体芯片布置在光学元件的至少一个凹部中。为此，例如光学元件可以以上面描述的方式在与载体接合之前被制造并且已经被完成。光学元件于是可以接着被施加到带有至少一个发光半导体芯片的载体上并且与载体例如通过粘合剂连接。
对此代替地，也可能的是，在制造光学元件的散射层时带有至少一个发光半导体芯片的平坦载体构成模压装置的用于制造散射层的模压工具的压模的一部分。由此可能的是，散射层被成型在带有至少一个发光半导体芯片的载体上。由此，在成型到带有至少一个发光半导体芯片的载体上之后，散射层具有至少一个凹部，发光半导体芯片被布置在所述凹部中并且该凹部以其形状匹配于所述至少一个发光半导体芯片。散射层在此可以作为光学元件的第一层在第一成型步骤中被成型到载体上，而波长变换层在紧接着的第二成型步骤中被成型到散射层上。对此代替地，也可能的是，首先在模压装置中在第一成型步骤中制造波长变换层并且针对用于制造散射层的第二成型步骤构成模压装置的压模的一部分。带有至少一个发光半导体芯片的载体于是构成模压装置的压模的另一部分，在波长变换层与载体之间于是成型出散射层并且散射层分别地被成型到其上。
按照另一实施方式，平坦载体具有多个发光半导体芯片。该带有至少一个与光学元件接合的发光半导体芯片的载体可以在接合之后的另一方法步骤中被分割成分别带有至少一个发光半导体芯片的单个光电子器件。所述分割可以例如通过如锯割、刻划、折断、冲压和/或激光分割的方法或者其组合来进行。对此代替地，也可能的是，如进一步地上面描述的，光学元件在与载体接合之前被分割。
按照另一实施方式，被构造为壳体的载体具有多个发光半导体芯片,整个光学元件被布置在其上。此外载体例如可以具有多个壳体，这些壳体全部布置在电路板上并且整个光学元件布置在壳体上。
通过这里描述的方法，直接处理所制造的、矩阵形式的光学元件的一个或多个层是可能的。光学元件可以利用一个或多个带有不同光学功能的层在同一模压装置中通过彼此相继的模压方法步骤来制造。此外，大量发光半导体芯片可以在一个处理步骤中例如利用一个或多个光学元件来组合。由此，例如可以制造光面砖。对此代替地，可以通过分割来实现分离成单个光电子器件，其中所述分割可以直接在载体膜上进行。此外，带有多个光学元件的多个载体、尤其是壳体的同时装备也是可能的，其中不需要部件精细的装备过程，这可以导致成本节省。
通过这里描述的方法例如也可以给载体、尤其是壳体装备发光半导体芯片，例如透镜阵列的透镜形式的光学元件可以不直接地通过所谓的“二次成型（Overmolding）”被成型到发光半导体芯片上。此外，可以避免费事的与高的处理成本相关联的单装备。
附图说明
其他优点和有利的实施方式和扩展方案从下面结合附图描述的实施方式中得到。
图1A至1D示出按照实施例的用于制造光学元件的方法步骤的示意性示图，
图2A至2B示出按照另外的实施例的光电子器件的示意性示图，
图3A至3D示出按照另外的实施例的方法的方法步骤的示意性示图，
图4A至4D示出按照另外的实施例的方法的方法步骤的示意性示图，
图5A和5B示出按照另外的实施例的光学元件和光电子器件的示意性示图，
图6A和6B示出按照另外的实施例的光学元件的示意性示图，
图7A至7C示出按照另一实施例的用于制造光电子器件的方法的示意性示图，
图8A至8B示出按照另一实施例的方法的方法步骤的示意性示图，以及
图9A至9D示出按照另外的实施例的光电子器件的示意性示图。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同的或作用相同的组成部分分别被设置有相同的参考标记。所示出的元件和其相互之间的大小关系原则上不被看作是按比例的，更确切地，为了可以更好地示出并且为了更好地理解，单个元件例如层、部件、器件和区域被夸张地加粗或加大地示出。
在图1A至1D中示出了按照实施例的用于制造光学元件100的方法。
在按照图1A的第一方法步骤中，提供模压装置80，其具有下模压工具81和上模压工具82。在下模压工具81中，布置成型材料91，其具有可以在模压方法中处理的合成材料、在所示实施例中尤其是硅酮。为了稍后容易地脱模，此外在下模压工具81上存在脱模膜85。
上模压工具82具有载体框架83，该载体框架保持载体膜84。借助这里示出的方法制造的光学元件100在制造之后布置在载体膜84上并且由此可以容易地进一步被处理。尤其是，载体膜84可以具有聚四氟乙烯（PTFE）或者由其构成。模压装置80的构造可理解为纯粹示例性的并且可以具有其他或者代替的特征，其中对于本领域技术人员来说模压装置的结构和功能是已知的并且因此这里不进一步阐述。
在按照图1B的另外的方法步骤中，由成型材料91制成的透镜层7通过模压、也即下模压工具81和上模压工具82的接合和压合来制造。该模压可以在同时的热输送的情况下来执行。出于清楚起见，在图1B中未示出透镜层7的表面结构。
由于在下模压工具81中的脱模膜85，制成的透镜层7可以容易地从下模压工具被脱模并且保持继续布置在载体膜84上。
此外，通过透镜层7构成的光学元件100可以被玻璃化。该玻璃化例如可以借助氧气等离子体（O2等离子体）来实现。
在图1C中，以截面示出在载体膜84上的作为透镜层7制成的光学元件100。透镜层7被构造为在复合体中的多个透镜的矩阵，也即被构造为所谓的透镜阵列。如果透镜层7应当被分成小的单元或单透镜，则这在分割过程形式的另外方法步骤中沿着分离线99进行，如在图1D中所示。该分割例如可以通过例如锯割、刻划、折断、冲压和/或激光分割或者其组合来进行并且可以在该情况下充当分离膜的载体膜84上执行。
在图2A中示出了光电子器件200的实施例，该光电子器件具有根据前述实施例的透镜层7形式的光学元件100。
光学元件100布置在载体4上，在所示实施例中在该载体4上布置有多个发光半导体芯片5。替代于所示的多个发光半导体芯片5，也可以仅仅有一个发光半导体芯片5或其他数量的发光半导体芯片5。
载体4被构造为带有合成材料的壳体9，导体框架（未示出）例如可以被嵌入到合成材料中，以便安装发光半导体芯片5并且电连接发光半导体芯片5。所述电连接例如可以通过焊接和/或一个或多个焊线来进行。发光半导体芯片5布置在壳体9的凹部、也即腔中。如在所示实施例中一样，凹部例如可被填充透明的、覆盖发光半导体芯片5的浇注材料10、例如硅酮，使得带有浇注物10的壳体9构成平坦表面，在其上布置光学元件100。例如可以粘贴上光学元件100。
发光半导体芯片5可以相同地或者不同地实施并且具有在上面在发明内容部分中所述的化合物半导体材料之一。例如发光半导体芯片5可以在所述实施例中分别具有氮或磷化合物半导体材料并且可以被设置用于在运行中辐射出彩色光、尤其是蓝色、绿色、黄色或红色光。
在图2B中示出光电子器件201的另一实施例，该光电子器件与前述实施例相比具有载体4，所述载体通过电路板12和多个施加于其上并且被电连接的壳体9构成，所述壳体分别具有发光半导体芯片5。光学元件100构成发光半导体芯片5的共同的光学元件并且布置在壳体9上。在图3A至3D中示出了按照另一实施例的用于制造光学元件101的方法。
与前面的实施例相比，光学元件101具有波长变换层1和散射层2。波长变换层1在按照图3A的第一成型步骤中制造，如其结合图1A和1B所描述的一样，其中第一成型材料91除了例如硅酮的合成材料之外还具有按照在发明内容部分中描述的实施形式的波长变换材料。波长变换层1由此在第一成型步骤之后构成光学元件101的第一层，该第一层布置在载体膜84上。
在按照图3B的另一方法步骤中，下模压工具81在其形状方面被更换并且其中布置有另外的成型材料92。成型材料92同样包含有可通过模压方法变形的合成材料，在所示的实施例中包含硅酮或硅酮-环氧树脂-混合材料，所述合成材料按照在发明内容部分中的描述包含散射颗粒、也即扩散和/或反射颗粒。此外，在下模压工具81中又布置有脱模膜85。
在按照图3C的另外的方法步骤中，下模压工具81和上模压工具82又被接合，其中现在已经作为光学元件101的第一层制造的波长变换层1构成模压装置80的上模压工具82的压模的一部分。第二成型材料92被成型为光学元件100的第二层以用于散射层2，其中该第二成型材料借助所示的模压方法步骤被成型到波长变换层1上。
通过在下模压工具81中存在的突起将凹部21构造在散射层2中，如在图3D中所示。在去除下模压工具81和上模压工具82之后，光学元件101布置在分离膜84和载体框架83上并且具有多个在散射层2中的凹部21。
为了制造光学元件101因此仅仅需要在同一模压装置80中的两个模压方法步骤。光学元件101如下面描述地一样可以直接布置在带有多个发光半导体芯片的载体上。替代于此地，光学元件101也可以如结合图1D所描述的一样也通过分离被分割为单个的光学元件，所述光学元件例如分别具有一个或多个凹部21。
尤其是，光学元件101具有在矩阵状布置中的凹部21，由此大量的发光半导体芯片可以用光学元件101或者必要时相应分割的光学元件101部分来覆层。
在图4A至4C中，示出了按照另一实施例的用于制造光学元件的波长变换层1的另外的方法的方法步骤。
在按照图4A的第一方法步骤中，如前述实施例，提供下模压工具81和上模压工具82作为模压装置80。与前述实施例相比，上模压工具82具有成型衬底821，例如特氟隆板形式的衬底，其具有透镜状腔形式的阴模结构。
如图4B中所示，可以由此来制造波长变换层1，其具有透镜状突起形式的三维表面结构11。带有具有表面结构11的波长变换层1的成型衬底821可以从模压装置80取出或者如前面实施例中那样进一步被用作用于制造散射层的压模的一部分。散射层尤其是可以在前面的实施例中被成型到波长变换层1上。
在图5A至6B的实施例中示出了其他的多层光学元件，其可以类似于前面描述的实施例的方法来制造。
在图5A中示出了在载体膜84上的光学元件102的实施例，其中在另一模压方法步骤中将波长变换层1作为第二层成型到作为第一层的透镜层7上，该第一层由清楚地透明的硅酮层构成并且例如借助图1A至1D的实施例的方法来制造。
在图5B中示出光电子器件203的实施例，其如结合图2A所描述地具有被构造为壳体9的、在凹部中带有多个发光半导体芯片5的载体4，其中在该载体4上施加有按照图5A的光学元件102。
发光半导体芯片5可以相同地或不同地实施并且具有上面在发明内容部分中所述的化合物半导体材料。在所示实施例中，发光半导体芯片5例如可以具有氮化合物半导体材料并且可以被设置用于在运行中辐射出蓝光。
波长变换层1可以具有波长变换材料，其将由发光半导体芯片5辐射出的光的一部分变换成其他波长的光，例如黄色和/或绿色和红色的光。由此能够实现，通过光学元件102可以通过将经变换的光与未经变换的光叠加而辐射出白光。替代于此地，发光半导体芯片和波长变换层的其他组合也是可能的。
在图6A中示出了在载体膜84上的光学元件103的实施例，其中透镜层7作为第二层被成型到作为第一层的波长变换层1上。
在图6B中示出了在载体膜84上的光学元件104的实施例，其中在作为第一层的透镜层7上布置由透明材料制成的第二层8并且透镜层7和第二层8具有不同的折射率。尤其是，透镜层例如可以具有所谓的硅酮，该硅酮如在发明内容部分中所描述地具有大于第二层8的硅酮的折射率。第二层8的背离透镜层7的侧被构造为平坦的，使得光学元件104被实施为所谓的平面透镜、平坦透镜或梯度折射率透镜，其中光折射通过在透镜层7和第二层8之间的界面上的折射率跳变引起。
如果在图1C、5A、6A和6B中示出的光学元件应当布置在载体4上，其中所述载体代替壳体9被构造为平坦载体（如结合下面的实施例所描述的），则根据下面的描述以及图3A至3D的方法的描述可以将用于布置发光半导体芯片5的凹部21设置在光学元件中，所述凹部借助模压来构造。此外，在图1C、5A、6A和6B中示出的光学元件附加或者代替于所示出的层也可以具有散射层。
在图7A至7C中示出了按照另一实施例的用于制造光电子器件204的方法。
在图7A中示意性示出了按照图3A至3D的实施例的带有凹部21的散射层2和波长变换层1。此外，设置有由透明的、可通过模压方法处理的合成材料例如硅酮制成的光耦合输出层3，其具有透镜状突起形式的表面结构11。代替地或附加地，例如也可以设置有棱镜状的突起。与透镜层7相比，如其结合图1A至1D、2A、2B和5A至6B所描述地，光耦合输出层3的这些透镜状突起不是被构造用于对由发光半导体芯片5辐射出的光进行光束成形，而是被设置用于通过使由光耦合输出层3耦合输出的光路随机化来改善辐射均匀性。
在图7A中以分解图示出的层1、2和3如在图3A至3D中所示通过相继的模压方法制造并且被成型到彼此上。光耦合输出层3例如可以如在图4A至4C中针对波长变换层1所示地被构造。尤其是，例如波长变换层1和散射层2按照图3A至3D的实施例来制造并且被成型到彼此上。在另外的方法步骤中，可以通过在与波长变换层1和散射层2相同的成型工具中提供另外的、透明的成型材料来制造光耦合输出层3，其中波长变换层1和散射层2构成该成型工具的压模的一部分。由此，可以在波长变换层1的背离散射层2的侧上构造光耦合输出层3并且将其成型到波长变换层1上。
在按照图7B的另外的方法步骤中，这样制造的光学元件105被布置在带有多个发光半导体芯片5的载体4上并且与其接合。载体4被构造为平坦载体并且可以例如是印制电路板或陶瓷载体，在其上存在印制导线和/或电穿通接触部。借助所述印制导线和/或电穿通接触部将发光半导体芯片5安装并且电连接在载体4上。
发光半导体芯片5可以被实施为相同或者不同的并且具有上面在发明内容部分中所述的化合物半导体材料。例如在所示实施例中发光半导体芯片可以具有氮化合物半导体材料并且能够被设置用于在运行中辐射出蓝色光。波长变换层1可以具有波长变换材料，所述波长变换材料将由发光半导体芯片5辐射出的光的一部分变换成具有其他波长的光例如黄色和/或绿色和红色的光。由此能够实现，可以通过光学元件105通过将经变换的光与未经变换的光叠加来辐射白光。代替这里在所示实施例以及也在下面的实施例分别示出的各个半导体芯片5，也可以分别布置两个或更多半导体芯片作为发光单元，它们例如辐射出不同颜色的光，例如红色和蓝色光。波长变换层1的波长变换材料于是可以优选地将例如蓝光的一部分转换为黄光。替代于此地，发光半导体芯片和波长变换材料的其他组合也是可能的。
载体4与光学元件105的接合在所示实施例中通过粘贴来进行。由此，如在图7C中所示地制造光电子器件204，其中发光半导体芯片5分别布置在光学元件105的散射层2的凹部21中。由发光半导体芯片5辐射出的光在散射层2上被散射并且在波长变换层1的方向上被均匀化。由此可以实现在波长变换层1中匀称并且均匀的辐射密度，由此例如可以避免由于在波长变换层1中的过高辐射密度引起的局部辐射损坏。此外，可以实现由发光半导体芯片5辐射出的光的均匀的变换。
在波长变换层1中变换的、向载体4的方向辐射并且能够尽可能地被载体4吸收的光通过散射层2被散射和/或反射，并且由此可以被偏转向光耦合输出层3的方向。由此可以避免通过向载体4的反向散射引起的光损失。此外，由此可以实现在波长变换层1中并且尤其是也在光耦合输出层3中光分布的附加的均匀化。
通过光耦合输出层3的表面结构11，可以附加地在所希望的辐射特性方面改动并且例如进一步均匀化经变换的和未经变换的光的辐射。
在所示的实施例中的光电子器件204被实施为光面砖，其例如可以辐射出带有均匀照明面的白光。
结合图8A和8B示出按照另一实施例的其他方法步骤，借助这些方法步骤可以继续处理带有多个发光半导体芯片5和在各个光电子器件205中的先前实施例的光学元件105的载体4。
此外，如在图8A中所示，带有布置于其上的光学元件105的载体4沿着分离线99被分割。所述分割例如可以通过锯割、刻划、折断、冲压和/或激光分割或者其组合来进行。如在图8B中所示，由此可以制造单个的光电子器件205，它们例如分别具有在通过分割构成的光学元件106的凹部21中的发光半导体芯片5。
通过带有多个发光半导体芯片5的载体4与带有相应多个凹部21的光学元件的接合以及接着的沿分离线99的分割，可以以仅仅少量的处理步骤实现大量的光电子器件205。
结合图9A至9D示出了用于光电子器件206至209的另外的实施例。在这些实施例中，与按照图7A至7C的方法相比，带有多个发光半导体芯片5的载体4被用作模压工具的压模，利用所述压模制造散射层2。由此，散射层2可以直接借助模压方法被成型到载体4上，由此在载体4的其中布置有发光半导体芯片5的区域中分别成型出凹部21，所述凹部与各自的发光半导体芯片5的形状相适配。所示的光学元件107至110的另外的层可以在前面的或后面的模压方法步骤中被制造或被成型。
光电子器件206至209在此分别被示出为光面砖。但是它们如结合图8A和8B所描述地也可以被分割成例如分别带有仅仅一个发光半导体芯片5的光电子器件。
按照图9A的光电子器件206具有带有散射层2的光学元件107，所述散射层具有反射器状的凹部。通过散射层2和其反射器状的凹部成型出波长变换层1，该波长变换层在背离散射层2的上侧上具有透镜状突起形式的用于提高光耦合输出的表面结构11。
按照在图9B中的实施例示出光电子器件207，其具有光电元件108，该光电元件与前面的实施例相比具有光耦合输出层3，该光耦合输出层具有在波长变换层1的背离散射层2的上侧上的表面结构。
在按照图9C的实施例中示出了光电子器件208，其具有带有散射层2和波长变换层1的光学元件109，其中波长变换层1具有透镜状突起形式的结构11。透镜状突起在此分别布置在散射层2的反射器状的凹部上方。
在按照图9D的实施例中示出了带有光学元件110的光电子器件209，该光学元件在波长变换层1和散射层2之间具有透明材料6。该透明材料6在此同样借助模压方法来制造并且具有与在按照图9C的实施例中的波长变换层1一样的形状。在按照图9D的实施例中的波长变换层1相反地仅仅被实施为在透明材料6上的薄层。由此能够实现，在由波长变换层1变换的光的量方面精确地调整波长变换层1。此外，波长变换层1可以以该方式匀称地与相应的发光半导体芯片5间隔开地被定位，波长变换层1直接地布置在发光半导体芯片5上方。
借助这里所示的方法，可以制造波长变换层1、散射层2、必要时光耦合输出层5和透镜层7的定义的层厚度和层结构，使得能够制造如下光电子器件，这些光电子器件在辐射出的光方面具有所希望的辐射特性，例如均匀的辐射密度。
通过将例如在散射层2的平坦载体4上的发光半导体芯片5通过凹部21包围，未经变换的光例如在侧向上从光电子器件的直接辐射可以被避免，由此可以避免已知的“蓝嵌边”效应。光学元件的散射层、波长变换层、光耦合输出层和/或透镜层形式的层的功能单元可以通过这里描述的多步骤模压方法在同一模压装置中以简单的方式并且用少量的方法步骤以高可靠性来制造。
在附图中所示的实施例可以按照另外的实施例相互组合。此外，在附图中所示的实施例具有按照在发明内容部分中的描述的其他或可替代的特征。
本发明不通过借助实施例的描述被局限于这些实施例。更确切地，本发明包含每个新特征以及每种特征组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的每种组合，即使该特征或组合本身没有明确在权利要求或实施例中说明时也是如此。

Claims (20)

1.一种用于对来自发光半导体芯片（5）的光进行光耦合输出和/或变换的光学元件，具有选自波长变换层（1）、散射层（2）、光耦合输出层（3）和透镜层（7）的至少一个层，这些层分别具有能够在模压方法中处理的合成材料。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述至少一个层具有至少一个凹部（21）以用于布置所述发光半导体芯片（5）。
3.根据权利要求1或2所述的光学元件，所述光学元件具有波长变换层（1）和散射层（2），所述波长变换层和散射层叠置地施加，其中波长变换层（1）和散射层（2）分别具有能够在模压方法中处理的合成材料，并且所述散射层（2）具有至少一个凹部（21）以用于布置所述发光半导体芯片（5）。
4.根据权利要求3所述的光学元件，其中所述散射层具有至少一个凹部，所述凹部被构造为穿过散射层的穿通开口，并且所述穿通开口从散射层的背离波长变换层的层直至到达波长变换层。
5.根据权利要求3或4所述的光学元件，其中在波长变换层（1）的背离散射层（2）的侧上布置有至少一个表面结构（11）。
6.根据权利要求5所述的光学元件，其中所述表面结构（11）由波长变换层（1）的表面或者由光耦合输出层（3）构成。
7.根据权利要求5或6所述的光学元件，其中所述表面结构（11）具有透镜状和/或棱镜状的突起和/或凹部。
8.根据权利要求3至7之一所述的光学元件，其中至少在散射层（2）和波长变换层（1）之间的部分区域中布置有透明材料（6）。
9.根据上述权利要求之一所述的光学元件，所述光学元件具有波长变换层（1）和透镜层（7），所述波长变换层和透镜层叠置地施加，其中波长变换层（1）和散射层（2）分别具有能够在模压方法中处理的合成材料。
10.根据上述权利要求之一所述的光学元件，所述光学元件具有透镜层（7），在所述透镜层上施加有另外的层（8）并且所述透镜层（7）和所述另外的层（8）具有不同的折射率。
11.一种光电子器件，具有载体（4），所述载体具有至少一个发光半导体芯片（5）和按照权利要求1至10之一所述的光学元件。
12.根据权利要求11所述的光电子器件，所述光电子器件具有按照回引权利要求2的权利要求3至10之一所述的光学元件，其中所述至少一个发光半导体芯片（5）布置在至少一个凹部（21）中。
13.根据权利要求12所述的光电子器件，其中在载体（4）上布置有多个发光半导体芯片（5）并且所述多个发光半导体芯片（5）中的每个都分别布置在光学元件的散射层（2）的凹部（21）中。
14.根据权利要求11所述的光电子器件，其中所述载体具有至少一个带有凹部的壳体（9），在所述凹部中布置有至少一个发光半导体芯片（5），并且在所述凹部中布置有覆盖发光半导体芯片（5）的浇注物（10），使得壳体（9）和浇注物（10）构成平坦的面，在所述面上布置有光学元件。
15.一种用于制造按照权利要求1至10之一所述的光学元件的方法，其中借助模压方法制造选自波长变换层（1）、散射层（2）、光耦合输出层（3）和透镜层（7）的第一层并且借助模压方法制造第二层，其中
-在第一成型步骤中制造第一层，并且
-在第二成型步骤中将第二层成型到第一层上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中在第一成型步骤中在模压装置（80）中制造所述第一层并且在第二成型步骤中在同一模压装置（80）中制造所述第二层，其中第一层构成用于制造第二层的压模的一部分。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中分别借助模压方法制造波长变换层（1）、散射层（2）和光耦合输出层（3）作为第一、第二和第三层，其中
-在第一成型步骤中制造选自波长变换层（1）、散射层（2）和光耦合输出层（3）的第一层，
-在第二成型步骤中将第二层成型到所述第一层上，并且
-在第三成型步骤中将第三层成型到第一或第二层上。
18.一种用于制造光电子器件的方法，所述光电子器件具有按照权利要求1至10之一所述的光学元件，所述光学元件利用按照权利要求11至15之一所述的方法制造，并且所述光电子器件具有带有至少一个发光半导体芯片（5）的载体（4），所述发光半导体芯片（5）与所述光学元件接合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述光学元件在制造之后被施加在带有至少一个发光半导体芯片（5）的载体（4）上。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述载体（4）具有多个发光半导体芯片（5）并且带有光学元件的所述载体（4）在接合之后被分割成分别带有至少一个发光半导体芯片（5）的单个的光电子器件。
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