DE102014108282A1

DE102014108282A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement, Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie Lichtquelle mit einem optoelektronischen Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102014108282A1
Application number: DE102014108282.6A
Authority: DE
Inventors: Norwin von Malm
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2015-12-17
Also published as: WO2015189347A1; DE112015002754A5; US20170133561A1; CN106415862B; JP6420372B2; US10505085B2; CN106415862A; JP2017523602A; DE112015002754B4

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) angegeben, umfassend – ein Leuchtdiodenbauteil (1) mit zumindest einem Leuchtdiodenchip (11) und einer Deckfläche (1a), die dem Leuchtdiodenchip (11) in einer Abstrahlrichtung (z) nachgeordnet ist, – ein Konversionselement (2), das dem Leuchtdiodenbauteil (1) in Abstrahlrichtung (Z) nachgeordnet ist, – einen Rahmenkörper (3) und – einen Deckkörper (4), der aus einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet ist, wobei – der Rahmenkörper (3) alle Seitenflächen (2c) des Konversionselementes (2) rahmenartig umschließt, – der Deckkörper (4) dem Konversionselement (2) in Abstrahlrichtung (Z) nachgeordnet ist und das Konversionselement (2) an seiner dem Leuchtdiodenchip (11) abgewandten Deckfläche (2a) überdeckt.

Description

Die Druckschrift DE 10 2012 110 668 beschreibt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem empfindlichen Konvertermaterial sowie eine Lichtquelle mit einem solchen optoelektronischen Halbleiterbauelement anzugeben, die jeweils eine erhöhte Lebensdauer aufweisen. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einem empfindlichen Konvertermaterial anzugeben.
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement handelt es sich beispielsweise um eine lichtemittierende Halbleiterdiode, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Alternativ kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement auch um eine lichtdetektierende Halbleiterdiode handeln, die zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses ein Leuchtdiodenbauteil. Das Leuchtdiodenbauteil umfasst zumindest einen Leuchtdiodenchip und eine Deckfläche, die dem Leuchtdiodenchip in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Das Leuchtdiodenbauteil weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der es sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zur Haupterstreckungsebene, parallel zur Abstrahlrichtung, weist das Leuchtdiodenbauteil eine Dicke auf. Die Dicke des Leuchtdiodenbauteils ist klein gegen die maximale Erstreckung des Leuchtdiodenbauteils in einer lateralen Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses ein Konversionselement, das dem Leuchtdiodenbauteil in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Das Konversionselement umfasst insbesondere ein empfindliches wellenlängenkonvertierendes Konvertermaterial. Ein empfindliches Konvertermaterial zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass das Konvertermaterial bei Kontakt mit beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasser durch beispielsweise Oxidation zerstört und/oder beschädigt werden kann. Ferner kann das empfindliche Konvertermaterial empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren und durch solche Temperaturschwankungen beispielsweise in seiner Funktionalität beeinträchtigt werden. Bei dem empfindlichen Konvertermaterial kann es sich vorliegend um wellenlängenkonvertierende Quantenpunkte und/oder ein organisches Konvertermaterial handeln.
Ferner zeichnet sich ein wellenlängenkonvertierendes Konvertermaterial dadurch aus, dass die Wellenlänge einer von dem Leuchtdiodenbauteil beziehungsweise von dem Leuchtdiodenchip emittierten elektromagnetischen Strahlung an dem Konvertermaterial konvertiert wird. Bevorzugt wird die Wellenlänge hierbei vergrößert. Beispielsweise wird eine blaue elektromagnetische Strahlung durch das Konversionselement zumindest teilweise oder vollständig in eine rote und/oder eine grüne Strahlung konvertiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Deckkörper, der aus einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet ist. „Strahlungsdurchlässig“ kann hierbei und im Folgenden bedeuten, dass eine von dem Leuchtdiodenbauteil emittierte und/oder detektierte und/oder eine von dem Konvertermaterial konvertierte elektromagnetische Strahlung 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, durch das Material des Deckkörpers transmittiert wird.
Der Deckkörper kann beispielsweise mit einem Glas gebildet sein. Mitunter kann es sich bei dem Deckkörper um eine Glasplatte handeln. Bei einer Glasplatte handelt es sich vorliegend um einen einstückig ausgebildeten Körper, der mit Glas gebildet ist. Die Glasplatte weist eine Haupterstreckungsebene auf und eine vertikal zu dieser Haupterstreckungsebene verlaufende Dicke, die klein im Vergleich zur Ausdehnung der Glasplatte in der Haupterstreckungsebene ist. Der Deckkörper ist dem Konversionselement in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Die von dem Konversionselement konvertierte und zuvor von dem Leuchtdiodenbauteil emittierte elektromagnetische Strahlung kann somit durch den Deckkörper hindurchtreten und in ein das Halbleiterbauelement umgebendes Material, wie beispielsweise umgebende Luft, ausgekoppelt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Rahmenkörper. Der Rahmenkörper umfasst zum Beispiel ein metallisches Material.
Der Rahmenkörper kann insbesondere reflektierend ausgebildet sein. „Reflektierend“ kann hierbei und im Folgenden bedeuten, dass die von dem Leuchtdiodenbauteil emittierte und/oder detektierte und/oder die von dem Konvertermaterial konvertierte elektromagnetische Strahlung zu wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, durch ein Material des Rahmenkörpers reflektiert wird. Vorteilhafterweise weist der Rahmenkörper eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. So kann eine erhöhte Temperatur des Leuchtdiodenbauteils, insbesondere des Konvertermaterials, beispielsweise über den Rahmenkörper abgeleitet werden, wodurch das Konversionselement von einer Erwärmung geschützt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umschließt der Rahmenkörper alle Seitenflächen des Konversionselements rahmenartig. In einer Aufsicht aus der Abstrahlrichtung, das heißt in einer Aufsicht von oben, begrenzt der Rahmenkörper das Konversionselement somit lateral an dessen Seitenflächen. "Rahmenartig" heißt jedoch nicht, dass dem Konversionselement zugewandte Außenflächen und/oder dem Konversionselement zugewandte Innenflächen des Rahmenkörpers und/oder das Konversionselement in einer Aufsicht eine rechteckige Form aufweisen müssen. Vielmehr können die Außenfläche und/oder die Innenflächen des Rahmenkörpers und/oder das Konversionselement in einer Aufsicht eine vieleckige, eine dreieckige, eine ovale oder eine runde Form aufweisen. Bevorzugt umschließt der Rahmenkörper alle Seitenflächen des Konversionselements vollständig. Hierbei kann der Rahmenkörper direkt an das Konversionselement angrenzen. Es ist alternativ möglich, dass sich ein Hohlraum, wie beispielsweise ein Spalt, der mit einem Gas gefüllt sein kann, zwischen dem Rahmenkörper und dem Konversionselement befindet. Zumindest eine Deckfläche des Rahmenkörpers ist in einer Aufsicht von oben zusammenhängend ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements überdeckt der Deckkörper das Konversionselement an dessen dem Leuchtdiodenbauteil abgewandte Deckfläche. Der Deckkörper kann ferner den Rahmenkörper zumindest stellenweise an dessen dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Deckfläche bedecken. Bevorzugt überdeckt der Deckkörper das Konversionselement und den Rahmenkörper vollständig. In einer Aufsicht aus der Abstrahlrichtung auf das optoelektronische Halbleiterbauelement ist somit keine freiliegende Fläche des Konversionselements und/oder des Rahmenkörpers zu erkennen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses ein Leuchtdiodenbauteil mit zumindest einem Leuchtdiodenchip und einer Deckfläche, die dem Leuchtdiodenchip in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, ein Konversionselement, das dem Leuchtdiodenbauteil in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, einen Rahmenkörper und einen Deckkörper, der aus einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet ist. Der Rahmenkörper umschließt alle Seitenflächen des Konversionselements rahmenartig. Der Deckkörper ist dem Konversionselement in Abstrahlrichtung nachgeordnet und überdeckt das Konversionselement an seiner dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Deckfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses ferner eine Barriereschicht. Die Barriereschicht ist zwischen dem Leuchtdiodenbauteil und dem Konversionselement angeordnet.
Die Barriereschicht kann insbesondere mit dem Leuchtdiodenbauteil und/oder dem Konversionselement in direktem Kontakt stehen. Die Barriereschicht bedeckt alle dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Leuchtdiodenbauteils vollständig. Die dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Leuchtdiodenbauteils sind hierbei die Außenflächen, die in dem Fall, dass keine Schicht zwischen dem Konversionselement und dem Leuchtdiodenbauteil angeordnet wäre – also das Konversionselement mit dem Leuchtdiodenbauteil in direktem Kontakt stehen würde – einen direkten Kontakt mit dem Konversionselement aufweisen würden. Beispielsweise ist es zusätzlich möglich, dass die dem Leuchtdiodenbauteil zugewandten Außenflächen des Konversionselements vollständig von der Barriereschicht bedeckt sind. Die Barriereschicht kann ferner laterale Seitenflächen des Konversionselements zumindest teilweise bedecken. Das Konversionselement ist nur an seinen dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Außenflächen frei von der Barriereschicht. Die Barriereschicht dichtet das Konversionselement an dessen dem Leuchtdiodenbauteil zugewandten Außenflächen ab.
Insbesondere kann die Barriereschicht alle Innenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements zumindest teilweise bedecken. Beispielsweise bedeckt die Barriereschicht 90 %, bevorzugt 95 %, der Innenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Die Innenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind hierbei durch die dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Leuchtdiodenbauteils und alle dem Konversionselement zugewandten Seitenflächen des Rahmenkörpers gegebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Konversionselement wellenlängenkonvertierende Quantenpunkte als empfindliches wellenlängenkonvertierendes Konvertermaterial. Beispielsweise ist das Konversionselement mit einem Matrixmaterial gebildet, wobei die wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkte in das Matrixmaterial eingebracht sind. Bei dem Konversionselement kann es sich somit um einen Vergusskörper handeln, der die Quantenpunkte enthält. Der Vergusskörper ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das, beispielsweise mittels Formgießens, flüssig zum Endprodukt verarbeitet wird und als dieses erstarrt. Die Herstellung mittels Gießens kann mitunter zu einer guten Befüllung und/oder Abdichtung von eventuell vorhandenen Hohlräumen führen und/oder zu einer formschlüssigen Überformung von vergossenen Materialien. Beispielsweise kann das Matrixmaterial mit Silikon, Acrylat, Epoxidharz, Polycarbonat oder einem Sol-Gel-Material gebildet sein.
Durch die Verwendung von Quantenpunkten als Konvertermaterial wird mitunter eine gute Farbwiedergabe erreicht, da die konvertierte elektromagnetische Strahlung relativ schmalbandig ist und somit keine Mischung unterschiedlicher Spektralfarben erzeugt wird. Beispielsweise weist das Spektrum der konvertierten Strahlung eine Wellenlängen-Breite von wenigstens 20 nm bis höchstens 35 nm auf. Dies ermöglicht die Erzeugung von Licht, dessen Farbe einem Spektralbereich sehr genau zugeordnet werden kann. Hierdurch kann bei einem Einsatz des optoelektronischen Halbleiterbauelements in einem Display ein großer Farbgamut erreicht werden, da beispielsweise ein schmalbandiger grün und ein schmalbandiger rot konvertierender Konverter anstelle eines breitbandigen gelb konvertierenden Konverters eingesetzt werden kann und somit eine größere Farbabdeckung ermöglicht wird.
Bei den Quantenpunkten handelt es sich bevorzugt um Nanopartikel, das heißt Teilchen mit einer Größe im Nanometer-Bereich. Die Quantenpunkte umfassen einen Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist. Der Halbleiterkern kann beispielsweise mit CdSe, CdS, InAs und/oder InP gebildet sein. Der Halbleiterkern kann von mehreren Schichten ummantelt sein. Mit anderen Worten, der Halbleiterkern kann an dessen Außenflächen vollständig oder nahezu vollständig von weiteren Schichten bedeckt sein.
Eine erste ummantelnde Schicht eines Quantenpunkts ist beispielsweise mit einem anorganischen Material, wie beispielsweise ZnS, CdS und/oder CdSe, gebildet und dient der Erzeugung des Quantenpunkt-Potentials. Die erste ummantelnde Schicht und der Halbleiterkern werden von zumindest einer zweiten ummantelnden Schicht an den freiliegenden Außenflächen nahezu vollständig umschlossen. Die zweite Schicht kann beispielsweise mit einem organischen Material, wie beispielsweise Cystamin oder Cystein, gebildet sein und dient mitunter der Verbesserung der Löslichkeit der Quantenpunkte in beispielsweise einem Matrixmaterial und/oder einem Lösungsmittel. Hierbei ist es möglich, dass aufgrund der zweiten ummantelnden Schicht eine räumlich gleichmäßige Verteilung der Quantenpunkte in einem Matrixmaterial verbessert wird.
Hierbei ergibt sich das Problem, dass die zweite ummantelnde Schicht des Quantenpunkts bei Kontakt mit Luft oxidieren und damit zerstört werden könnte, wodurch die Löslichkeit der Quantenpunkte reduziert werden würde. Dies würde dann beispielsweise zu einem Agglomerieren der Quantenpunkte, also zu einer Klumpen-Bildung, im Matrixmaterial führen. Im Fall einer Klumpen-Bildung würden sich die Quantenpunkte im Matrixmaterial zu nahe kommen und die Anregungsenergien könnten strahlungslos zwischen den Quantenpunkten ausgetauscht werden. Dies hätte einen Effizienzverlust bei der Wellenlängenkonversion zur Folge.
Die Zerstörung der zweiten ummantelnden Schicht kann durch das hermetische Abdichten der Quantenpunkte von der das Halbleiterbauelement umgebenden Luft verhindert werden. Diese hermetische Abdichtung erfolgt vorliegend über die Abdichtung mittels des Rahmenkörpers, des Deckkörpers und/oder der Barriereschicht. Dies ermöglicht die Verwendung eines Konversionselements mit einem empfindlichen Konvertermaterial für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
Alternativ oder zusätzlich zu Quantenpunkten als Konvertermaterial kann das Wellenlängenkonversionselement ein organisches Konvertermaterial beinhalten. Beispielsweise handelt es sich bei dem organischen Konvertermaterial um organische Farbstoffe. Als organische Farbstoffe sind beispielsweise Farbstoffe geeignet, die auf einer oder mehrerer der folgenden Substanzen basieren oder diese enthalten oder aus diesen bestehen: Acridin-Farbstoffe, Acridinon-Farbstoffe, Anthrachino-Farbstoffe, Anthracen-Farbstoffe, Cyanin-Farbstoffe, Dansyl, Squaryllium-Farbstoffe, Spiropyrane, Boron-dipyrromethane (BODIPY), Perylene, Pyrene, Naphthalene, Flavine, Pyrrole, Porphyrine und deren Metallkomplexe, Diarylmethan-Farbstoffe, Triarylmethan-Farbstoffe, Nitro-Farbstoffe, Nitroso-Farbstoffe, Phthalocyanin-Farbstoffe, Metallkomplexe von Phthalocyaninen, Quinone, Azo-Farbstoffe, Indophenol-Farbstoffe, Oxazine, Oxazone, Thiazine, Thiazole, Fluorene, Flurone, Pyronine, Rhodamine, Coumarine. Solche organischen Farbstoffe sind beispielsweise auch aus der deutschen Veröffentlichungsschrift DE 10 2007 049 005 A1 bekannt, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind der Deckkörper und der Rahmenkörper mechanisch miteinander verbunden. Insbesondere überdecken der Deckkörper und der Rahmenkörper alle dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Außenflächen inklusive der lateral liegenden Seitenflächen des Konversionselements vollständig. Mit anderen Worten, an den dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Außenflächen wird das Konversionselement durch den Deckkörper und den Rahmenkörper vollständig umschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Leuchtdiodenbauteil einen Formkörper. Der Formkörper kann mit dem Leuchtdiodenbauteil in direktem Kontakt stehen. Der Formkörper kann beispielsweise mit einem Silikon und/oder einem Epoxidharz gebildet sein.
Insbesondere kann der Formkörper mechanisch stabilisierend ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die mechanische Handhabung des Leuchtdiodenbauteils wird durch den Formkörper verbessert, wodurch beispielsweise eine höhere externe Kraft an dem optoelektronischen Halbleiterbauelement wirken kann, ohne dass dieses zerstört wird. Insbesondere kann das Leuchtdiodenbauteil durch den Formkörper mechanisch selbsttragend werden, das heißt, dass das Leuchtdiodenbauteil etwa im Rahmen eines Fertigungsverfahrens mit Werkzeugen wie beispielsweise einer Pinzette gehandhabt werden kann, ohne dass ein weiteres stützendes Element vorhanden sein muss. Die Verwendung des Formkörpers ermöglicht somit den Verzicht auf einen weiteren mechanisch stabilisierenden Träger oder ein weiteres Gehäuse. Hierdurch kann das Leuchtdiodenbauteil besonders kompakt und/oder planar ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Leuchtdiodenbauteil ferner Anschlussstellen. Die Anschlussstellen können insbesondere elektrisch leitend ausgebildet sein und den Formkörper zumindest bereichsweise durchdringen. Insbesondere können die Anschlussstellen elektrisch leitend mit dem Leuchtdiodenchip verbunden sein. Die Anschlussstellen sind zumindest an einer Außenfläche des Leuchtdiodenbauteils frei von außen zugänglich.
Beispielsweise bedeckt der Formkörper alle lateral liegenden Seitenflächen des Leuchtdiodenbauteils und die Anschlussstellen sind an einer dem Konversionselement abgewandten Bodenfläche des Leuchtdiodenbauteils frei zugänglich und können dort direkt kontaktiert werden. Bei dem Leuchtdiodenbauteil handelt es sich dann um einen sogenannten Top-Looker. Alternativ ist es möglich, dass der Formkörper die Seitenflächen des Leuchtdiodenbauteils nur stellenweise bedeckt und zusätzlich die der Deckfläche des Leuchtdiodenbauteils abgewandte Bodenfläche des Leuchtdiodenchips und der Anschlussstellen zumindest stellenweise bedeckt. Die Kontaktierung mittels der Anschlussstellen erfolgt dann an einer der Seitenflächen des Leuchtdiodenbauteils. Bei dem Leuchtdiodenbauteil handelt es sich dann um einen sogenannten Side-Looker.
Es ist ferner möglich, dass zumindest eine weitere elektronische Komponente, wie beispielsweise ein elektronischer Sensor, ein Treiber oder allgemein ein weiteres elektronisches (Halbleiter-)Bauteil, in dem Formkörper eingebracht ist. Die mechanische Verbindung der weiteren elektronischen Komponente mit den übrigen Komponenten des Leuchtdiodenbauteils, also dem zumindest einen Leuchtdiodenchip und den Anschlussstellen, ist dann über den Formkörper hergestellt. Zudem kann das Leuchtdiodenbauteil zumindest einen zweiten Leuchtdiodenchip umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das Konversionselement durch die Barriereschicht und/oder die Anschlussstellen, den Rahmenkörper und den Deckkörper im Rahmen der Herstellungstoleranzen hermetisch abgedichtet. Die Anordnung des Konversionsmaterials zwischen der Barriereschicht und/oder den Anschlussstellen und dem durch die Verbindung mit dem Rahmenkörper hermetisch dichten Deckkörper garantiert eine lange Betriebslebensdauer des optoelektronischen Halbleiterbauelements. „Im Rahmen der Herstellungstoleranzen“ ist hierbei insoweit zu verstehen, dass die hermetische Abdichtung so gut als möglich ausgebildet ist. Das heißt, die Materialien der Barriereschicht und/oder der Anschlussstellen, des Rahmenkörpers und des Deckkörpers werden so gewählt, dass sie eine möglichst geringe Wasserdampf-Transmissionsrate aufweisen und beim Verbinden beziehungsweise Aufbringen der Barriereschicht beziehungsweise der Anschlussstellen, des Rahmenkörpers und des Deckkörpers wird eine Löcherbildung in den jeweiligen Komponenten vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Material der Barriereschicht, das Material des Rahmenkörpers und/oder das Material des Deckkörpers eine Wasserdampf-Transmissionsrate (englisch: Water Vapour Transmission Rate (WVTR)) auf, die höchstens 1 × 10^–3 g/m²/Tag, bevorzugt höchstes 3 × 10^–4 g/m²/Tag beträgt. Bei der Barriereschicht, dem Rahmenkörper und/oder dem Deckkörper handelt es sich somit um hermetisch abdichtende Komponenten. Beispielsweise ist der Deckkörper hierzu mit einem Glas gebildet. Die Barriereschicht umfasst zur hermetischen Abdichtung beispielsweise eine Vielzahl von Schichten, wobei sich organische und anorganische Schichten in Abstrahlrichtung abwechseln können. Die Materialien sind insbesondere sehr dicht gegenüber einem Eindringen und/oder einer Transmission von Luft und/oder Wasserdampf. Dies kann mit hier beschriebenen Materialien und hier beschriebenen Barriereschichten erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Material des Formkörpers eine höhere Wasserdampf-Transmissionsrate als das Material der Barriereschicht, das Material des Rahmenkörpers und/oder das Material des Deckkörpers auf. In den Bereichen des Formkörpers können somit Sauerstoff, Luft und/oder Wasserdampf von außen durch den Formkörper diffundieren, wodurch es zu einer Oxidation der äußeren Schicht der Quantenpunkte in dem Konversionselement kommen könnte. Um diese Oxidation aufgrund durch den Formkörper eintretenden Sauerstoffs zu verhindern, ist die Barriereschicht auf dem Leuchtdiodenbauteil vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere hermetisch abdichtende Schicht auf dem Formkörper vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Barriereschicht in Abstrahlrichtung zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht. Die erste und die zweite Schicht können direkt aneinander grenzen. Die erste und die zweite Schicht sind aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Bevorzugt beinhaltet die erste Schicht ein organisches Material und die zweite Schicht ein anorganisches Material oder umgekehrt. Beispielsweise umfasst die Barriereschicht eine Vielzahl von Schichten, wobei sich organische und anorganische Schichten in Abstrahlrichtung abwechseln können. Als Materialien für die Schichten eignen sich beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂, TiO₂, Si₃N₄ und/oder SiO_xN_y. Beispielsweise können die erste Schicht mit TiO₂ und die zweite Schicht mit Al₂O₃ gebildet sein.
Ferner weist die Barriereschicht bevorzugt ein hohes Elastizitätsmodul und einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Beispielsweise weicht der thermische Ausdehnungskoeffizient der Barriereschicht um höchstens 20 %, bevorzugt höchstens 10 %, von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Formkörpers ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedecken die Anschlussstellen im Rahmen der Herstellungstoleranzen alle dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Formkörpers. Die Anschlussstellen sind also großflächig ausgebildet und über die dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Formkörpers gezogen. „Im Rahmen der Herstellungstoleranzen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Formkörpers bereichsweise frei von den Anschlussstellen bleiben können, falls es andernfalls beispielsweise zu einem Kurzschluss kommen würde. Beispielsweise bedecken die Anschlussstellen 90 %, bevorzugt 95 %, der dem Konversionselement zugewandten Außenflächen des Formkörpers. Diese großflächige Ausführung der Anschlussstellen kann alternativ oder zusätzlich zu der Barriereschicht vorhanden sein. Es ist hierbei möglich, das Konversionselement mittels dieser großflächigen Ausführung der Anschlussstellen hermetisch abzudichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Rahmenkörper eine reaktive Heizschicht und einen ersten Metallrahmen. Die reaktive Heizschicht ist mit einem reaktionsfähigen Material gebildet. Die reaktive Heizschicht ist aus mehreren Lagen gebildet, wobei die Lagen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Metallen und/oder Halbleitermaterialien gebildet sind. Beispielsweise enthalten die Lagen Palladium, Aluminium, Nickel, Titan und/oder Silizium. Hierbei können zwei aneinandergrenzende Lagen beispielsweise die folgende Kombination der obigen Materialien enthalten: Pd/Al, Ni/Al, Ti/Si. Die Materialien der reaktiven Heizschicht sind hierbei bevorzugt so gewählt, dass sie bei elektrischem Zünden exotherm miteinander reagieren und es so zu einem lokalen Aufschmelzen der reaktiven Heizschicht an den Bereichen der reagierenden Materialien kommt.
Insbesondere kann die reaktive Heizschicht gitterförmig ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die reagierenden Materialien der Heizschicht können in der Form eines Gitters ausgebildet sein. Die reaktive Heizschicht übernimmt hierbei die Funktion eines verbindenden Materials. Insbesondere soll hierdurch die Verwendung eines nicht hermetisch abdichtenden Klebers umgangen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der erste Metallrahmen mit einem Metall gebildet. Hierbei sind die reaktive Heizschicht und das Metall des ersten Metallrahmens mittels einer exothermen chemischen Reaktion des reaktionsfähigen Materials miteinander verschmolzen. Beispielsweise beinhaltet die reaktive Heizschicht hierzu zusätzlich eine Lotschicht, die mittels einer exothermen chemischen Reaktion aufgeschmolzen wurde. Die Lotschicht kann beispielsweise mit einer der folgenden Material-Kombinationen gebildet sein: Au/Sn, Ni/SN, Cu/Sn/Ag, Au/In.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist vorzugsweise mittels dieses Verfahrens herstellbar. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zunächst ein Leuchtdiodenbauteil mit zumindest einem Leuchtdiodenchip und einer Deckfläche, die dem Leuchtdiodenchip in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, bereitgestellt.
Auf die Deckfläche des Leuchtdiodenbauteils wird ein erster Metallrahmen aufgebracht, der ein strahlungsreflektierendes Metall umfasst. Alternativ zu einem Metall kann auch ein anderes strahlungsreflektierendes und hermetisch abdichtendes Material zum Einsatz kommen. Der erste Metallrahmen ist in einer Aufsicht aus der Abstrahlrichtung zusammenhängend und rahmenförmig ausgebildet. Beispielsweise wird die Form des ersten Metallrahmens mit einem Lithographie-Verfahren definiert. Ferner ist es möglich, dass zur Herstellung des ersten Metallrahmens eine Laserdirektbelichtung und/oder ein galvanisches Abscheideverfahren Verwendung findet. Zudem kann der erste Metallrahmen mit physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) oder Atomlagendeposition (ALD) auf die Deckfläche aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Konversionselement an der den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils aufgebracht. Das Aufbringen des Konversionselements erfolgt beispielsweise durch Formgießen oder Formpressen. Hierbei ist es möglich jedoch nicht erforderlich, dass der erste Metallrahmen als begrenzende Form für das Vergussmaterial des Konversionselements dient. Das Aufbringen des Konversionselements kann beispielsweise auch durch Aufkleben eines vorgefertigten Konversionselements erfolgen. Mit anderen Worten, das Konversionselement wird zunächst in einem anderweitigen Prozess hergestellt und anschließend auf das Leuchtdiodenbauteil oder auf den Deckkörper aufgebracht. Das Aufkleben kann beispielsweise mit einem Silikon und/oder einem Harz erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein strahlungsdurchlässiger Deckkörper an einer den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils angebracht. Beispielsweise handelt es sich bei dem Deckkörper um eine Glasplatte und das Aufbringen erfolgt durch Auflegen des Deckkörpers. Der Deckkörper wird dann bevorzugt mithilfe eines Verbundmaterials, wie beispielsweise einer reaktiven Heizschicht, mit dem ersten Metallrahmen verbunden. Ferner ist es möglich, dass der Deckkörper an der den Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils mithilfe eines Abscheideverfahrens aufgebracht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Leuchtdiodenbauteils mit zumindest einem Leuchtdiodenchip und einer Deckfläche, die dem Leuchtdiodenchip in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist,
– Aufbringen eines ersten Metallrahmens auf die Deckfläche des Leuchtdiodenbauteils, wobei der erste Metallrahmen in einer Aufsicht aus der Abstrahlrichtung zusammenhängend und rahmenförmig ausgebildet ist,
– Aufbringen eines Konversionselements an einer den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils,
– Aufbringen eines strahlungsdurchlässigen Deckkörpers an einer den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils.

Die Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufbringen des Konversionselements eine Barriereschicht auf der Deckfläche des Leuchtdiodenbauteils aufgebracht. Das Aufbringen der Barriereschicht kann beispielsweise mit Atomlagenabscheidung (ALD) und/oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) erfolgen.
Bevorzugt ist die Barriereschicht aus mehreren Schichten aufgebaut. Bei der Barriereschicht kann es sich somit um einen Multilagenstapel handeln. Hierbei kann zumindest eine der Schichten der Barriereschicht mit einem ALD-Verfahren und zumindest eine der Schichten der Barriereschicht mit einem CVD-Verfahren aufgebracht werden. Als Materialien für die Schichten können beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, ZrO₂, TiO₂, Si₃N₄ und/oder SiO_xN_y verwendet werden. Ferner ist die Verwendung eines Parylens möglich.
Die Barriereschicht umfasst zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aus unterschiedlichen Materialien und/oder unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen gebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die erste und die zweite Schicht mittels unterschiedlicher Abscheideverfahren hergestellt. Beispielsweise wird die erste Schicht mit einem CVD-Verfahren hergestellt, während die zweite Schicht mit einem ALD-Verfahren gebildet wird oder umgekehrt. Es ist ferner möglich, dass die Barriereschicht eine Vielzahl von Schichten beinhaltet, wobei sich Schichten, welche mit einem CVD-Verfahren hergestellt wurden, und Schichten, welche mit einem ALD-Verfahren hergestellt wurden, abwechseln können. Beispielsweise werden organische Schichten mit einem CVD-Verfahren hergestellt und anorganische Schichten mit einem ALD-Verfahren oder umgekehrt. Bevorzugt grenzen Schichten, die mit unterschiedlichen Abscheideverfahren hergestellt werden, direkt aneinander.
Beim Aufbringen der Barriereschicht ist es mitunter möglich, dass die Barriereschicht eine dem Leuchtdiodenbauteil abgewandte Oberseite des ersten Metallrahmens bedeckt. Durch einen abtragenden Prozess, wie beispielsweise Schleifen oder Polieren, kann die Barriereschicht von der Oberseite des ersten Metallrahmens entfernt werden, um eine lötfähige Metalloberfläche sicherzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird für das Aufbringen des Deckkörpers zunächst der Deckkörper bereitgestellt. Auf eine dem Leuchtdiodenbauteil zugewandte Bodenfläche des Deckkörpers wird anschließend eine reaktive Heizschicht, die mit einem reaktionsfähigen Material gebildet ist, aufgebracht. Die reaktive Heizschicht umfasst ferner eine Lotschicht, die sich an einer dem ersten Metallrahmen zugewandten Außenfläche der reaktiven Heizschicht befindet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Lotschicht auf einer der reaktiven Heizschicht zugewandten Außenfläche des ersten Metallrahmens aufgebracht wird. Ferner kann auch die reaktive Heizschicht auf dem ersten Metallrahmen aufgebracht werden.
Die reaktive Heizschicht weist im Rahmen der Herstellungstoleranzen die rahmenartige Form des ersten Metallrahmens auf. Mit anderen Worten, bei einem Aneinanderbringen der reaktiven Heizschicht und des ersten Metallrahmens bedeckt die reaktive Heizschicht sämtliche dem Leuchtdiodenbauteil abgewandte Außenflächen des ersten Metallrahmens im Rahmen der Herstellungstoleranzen vollständig. Umgekehrt bedeckt der erste Metallrahmen sämtliche dem Deckkörper abgewandten Außenflächen der reaktiven Heizschicht im Rahmen der Herstellungstoleranzen vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Deckkörper an der den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils angebracht. Hierbei stehen der erste Metallrahmen und die reaktive Heizschicht bevorzugt in direktem Kontakt zueinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die reaktive Heizschicht elektrisch gezündet. Mit anderen Worten, eine Reaktionsbarriere wird durch Zuführen von elektrischer Energie in die reaktive Heizschicht überbrückt, wobei eine exotherme chemische Reaktion in der reaktiven Heizschicht lokal zu einem Aufschmelzen der Lotschicht führen kann. Hierdurch verschmelzen die reaktive Heizschicht und der erste Metallrahmen zu einem Rahmenkörper. Durch die Lotverbindung zwischen dem ersten Metallrahmen und dem Deckkörper entsteht dann eine hermetisch dichte Kavität. Dieser Verfahrensschritt kann unter Vakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre durchgeführt werden. Mit anderen Worten, das optoelektronische Halbleiterbauelement wird in eine Reaktionskammer, in der ein Unterdruck herrscht oder in der ein inertes Gas vorhanden ist, eingebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufbringen des Deckkörpers folgende Verfahrensschritte:

– Bereitstellen des Deckkörpers,
– Aufbringen einer reaktiven Heizschicht, die mit einem reaktionsfähigen Material gebildet ist, auf eine Bodenfläche des Deckkörpers oder auf den ersten Metallrahmen, wobei die reaktive Heizschicht im Rahmen der Herstellungstoleranzen die rahmenartige Form des ersten Metallrahmens aufweist,
– Anbringen des Deckkörpers an der den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils, wobei der erste Metallrahmen und die reaktive Heizschicht in direktem Kontakt zueinander stehen,
– elektrisches Zünden der reaktiven Heizschicht, wobei eine exotherme Reaktion zu einem Aufschmelzen der reaktiven Heizschicht führt und die reaktive Heizschicht und der erste Metallrahmen zu einem Rahmenkörper verschmelzen.

Bei dem Zünden der reaktiven Heizschicht kommt es lediglich zu einem lokalen Aufschmelzen der Lotschicht. Der Rest des Bauteils, insbesondere der Deckkörper und das Leuchtdiodenbauteil, werden dabei nicht nennenswert erwärmt. Insbesondere muss hierdurch nicht das gesamte Bauteil in einem Ofen erhitzt werden, um die Lotschicht aufzuschmelzen, wodurch die übrigen Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauelements vorteilhafterweise nur einer geringen thermischen Belastung ausgesetzt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Material des Deckkörpers mit einem PVD-, einem CVD- oder einem ALD-Verfahren auf das Konversionselement und den ersten Metallrahmen aufgebracht. Der Deckkörper kann dann beispielsweise mit Borosilikatglas gebildet sein. In diesem alternativen Verfahren wird der Deckkörper somit anfangs nicht als Glasplatte zur Verfügung gestellt, sondern erst durch den PVD-, den CVD- oder den ALD-Verfahren auf einer dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Außenfläche des Konversionselements und des ersten Metallrahmens erzeugt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst dann keine reaktive Heizschicht. Beispielsweise kann es sich bei dem Deckkörper um eine Dünnfilmverkapselung, die mittels einem PVD-, eines CVD- oder eines ALD-Verfahrens aufgebracht wird. Insbesondere kann der Deckkörper wenigstens eine ALD-Schicht umfassen, die mit einem ALD-Verfahren hergestellt ist. Das heißt, zumindest diese Schicht des Deckkörpers ist mittels eines ALD-Verfahrens gebildet. Solche ALD-Schichten sind beispielsweise aus den US-Veröffentlichungsschriften US 2011/0049730 A1 und US 2012/0132953 A1 bekannt, deren Offenbarung hiermit rückbezüglich aufgenommen wird
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konversionselement vor dem Verschmelzen der reaktiven Heizschicht und des ersten Metallrahmens auf die Bodenfläche des Deckkörpers aufgebracht. Hierzu wird zunächst ein zweiter Metallrahmen auf die Bodenfläche des Deckkörpers aufgebracht. Das Aufbringen des zweiten Metallrahmens kann analog zu dem Aufbringen des ersten Metallrahmens erfolgen. Das reaktionsfähige Material wird anschließend entweder auf den zweiten Metallrahmen oder auf den ersten Metallrahmen abgeschieden. Anschließend wird das Konversionselement gemeinsam mit dem Deckkörper an der den ersten Metallrahmen aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils aufgebracht. Dies stellt eine alternative Möglichkeit dar, das Konversionselement mit dem Deckkörper und dem Leuchtdiodenbauteil zu verbinden.
Es wird ferner eine Lichtquelle angegeben. Die Lichtquelle umfasst insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement, welches vorzugsweise mit einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Das heißt, sämtliche für das Verfahren und für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbarten Merkmale sind auch für die Lichtquelle offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Lichtquelle umfasst diese eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Ferner umfasst die Lichtquelle einen Formkörperverbund. Der Formkörperverbund umfasst die jeweiligen Formkörper der optoelektronischen Halbleiterbauelemente, wobei die Formkörper lateral miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Formkörper monolithisch miteinander verbunden sein. Der Formkörperverbund ist in diesem Fall einstückig ausgebildet. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind dann mittels des Formkörperverbundes lateral verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Lichtquelle bedeckt ein einziger Deckkörper die Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Das heißt, nicht jedes optoelektronische Halbleiterbauelement weist einen eigenen Deckkörper auf, sondern ein einziger, einstückig ausgebildeter Deckkörper bedeckt alle optoelektronischen Halbleiterbauelemente. Mit anderen Worten, die Deckkörper der jeweiligen optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind monolithisch miteinander verbunden. Zwischen benachbarten Konversionselementen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente ist dann der Rahmenkörper angeordnet. Der Rahmenkörper ist somit in einer Aufsicht aus der Abstrahlrichtung gitterförmig um die Konversionselemente herum angeordnet, wobei die Konversionselemente jeweils in den Maschen des Gitters angeordnet sind.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle angegeben. Die Lichtquelle ist vorzugsweise mittels dieses Verfahrens herstellbar. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für die Lichtquelle offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Lichtquelle werden der Formkörperverbund und der einzige Deckkörper entlang eines Teils des Rahmenkörpers oder im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zu zumindest einem Teil des Rahmenkörpers vereinzelt. Bevorzugt erfolgt hierbei ebenfalls eine Vereinzelung des Rahmenkörpers.
Durch dieses Vorgehen kann beispielsweise eine Lichtquelle, die eine erste Anzahl an optoelektronischen Halbleiterbauelementen aufweist, in mehrere Lichtquellen, die jeweils eine geringere Anzahl als die erste Anzahl an optoelektronischen Halbleiterbauelementen aufweisen, vereinzelt werden. Bevorzugt erfolgt die Vereinzelung des Formkörperverbunds und des Deckkörpers entlang des gesamten Rahmenkörpers. In diesem Fall wird mit der Vereinzelung eine Vielzahl an optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die bevorzugt genau der ersten Anzahl an optoelektronischen Halbleiterbauelementen entsprechen, zur Verfügung gestellt. Mit anderen Worten, durch die Vereinzelung des Deckkörpers und des Formkörperverbunds entlang des Rahmenkörpers können aus einer Lichtquelle, umfassend eine erste Anzahl an optoelektronischen Halbleiterbauelementen, einzelne optoelektronische Halbleiterbauelemente hergestellt werden.
Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement, das hier beschriebene Verfahren sowie die hier beschriebene Lichtquelle anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1, 2A, 2B, 3A und 3B zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Verfahrens und eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Die 4, 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements anhand schematischer Schnittdarstellungen.
Die 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele einer hier beschriebenen Lichtquelle anhand einer schematischen Schnittdarstellung und einer schematischen Draufsicht.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 1 ist ein Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Leuchtdiodenbauteil 1 mit zumindest einem Leuchtdiodenchip 11 und einer Deckfläche 1a bereitgestellt. Die Deckfläche 1a ist dem Leuchtdiodenbauteil 1 in einer Abstrahlrichtung Z nachgeordnet.
Das Leuchtdiodenbauteil 1 umfasst ferner einen Formkörper 12 und Anschlussstellen 13. Der Formkörper 12 umschließt hierbei den Leuchtdiodenchip 11 an dessen lateralen Seitenflächen 11b. Die Anschlussstellen 13 durchdringen den Formkörper 12 vollständig und erstrecken sich zumindest teilweise auf einer Bodenfläche 12c und/oder auf einer Deckfläche 12a des Formkörpers 12. Es ist jedoch – anders als in den Figuren gezeigt – auch möglich, dass die Anschlussstellen an einer lateral liegenden Seitenfläche des Formkörpers 12 angebracht sind und der Formkörper 12 eine der Deckfläche abgewandte Bodenfläche des Leuchtdiodenchips 11 und der Anschlussstellen 13 vollständig bedeckt.
Auf dem Leuchtdiodenbauteil 1 ist ein Konversionselement 2 angeordnet, welches wellenkonvertierende Quantenpunkte 21 umfasst. Es ist jedoch auch möglich, ein anderes empfindliches und schmalbandig konvertierendes Konvertermaterial, wie beispielsweise ein Sulfid oder ein Thiogallat, zu verwenden. Das Konversionselement 2 ist dem Leuchtdiodenchip 1 in Abstrahlrichtung Z nachgeordnet. Sämtliche dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen des Formkörpers 12 können hierbei im Rahmen der Herstellungstoleranzen von den Anschlussstellen 13 bedeckt sein. Somit steht das Konversionselement 2 nicht mit dem Formkörper 12 in direktem Kontakt. Lediglich freiliegende Außenflächen des Leuchtdiodenchips 11 können mit dem Konversionselement 2 in direktem Kontakt stehen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bedecken die Anschlussstellen 13 die dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen 12d des Formkörpers 12 im Rahmen der Herstellungstoleranzen vollständig. Die dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen 12d des Formkörpers 12 umfassen in der 2 Teile der Deckfläche 12a des Formkörpers 12. Ferner bedecken die Anschlussstellen 13 den Leuchtdiodenchip 11 zumindest teilweise in Abstrahlrichtung Z. An diesen Stellen ist beispielsweise eine Kontaktierung des Leuchtdiodenchips 11 mit den Anschlussstellen 13 möglich.
Bei dem in der 1 dargestellten Verfahrensschritt ist das Konversionselement 2 bereits von einem ersten Metallrahmen 32 rahmenförmig umschlossen. Der erste Metallrahmen 32 begrenzt das Konversionselement 2 lateral. Der erste Metallrahmen 32 kann beispielsweise mit einem Metall gebildet sein.
Bei dem hier dargestellten Verfahrensschritt wird ein strahlungsdurchlässiger Deckkörper 4 auf die bereits aufgebrachten Komponenten, das heißt auf das Konversionselement 2 und den ersten Metallrahmen 32, aufgebracht. Der Deckkörper 4 umfasst an seiner Bodenfläche 4c eine reaktive Heizschicht 31. Die reaktive Heizschicht 31 weist im Rahmen der Herstellungstoleranzen die rahmenartige Form des ersten Metallrahmens 32 auf. Hierdurch kann durch Verbinden der reaktiven Heizschicht 31 und des Metallrahmens 32 eine hermetische Abdichtung hergestellt werden. Der Deckkörper 4 wird inklusive der reaktiven Heizschicht 31 auf den ersten Metallrahmen 32 aufgebracht und durch elektrisches Zünden mit selbigem verschmolzen.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 2A ist ein Verfahren eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel bedecken die Anschlussstellen 13 die dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen 12d des Formkörpers 12 nur bereichsweise. Somit erfolgt keine hermetische Abdichtung mittels der Anschlussstellen 13.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2A umfasst das Bauelement eine Barriereschicht 5, die zwischen dem Leuchtdiodenbauteil 1 und dem Konversionselement 2 angeordnet ist. Die Barriereschicht 5 bedeckt alle dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen des Leuchtdiodenbauteils 1 vollständig. Insbesondere bedeckt die Barriereschicht 5 alle dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen 12d des Formkörpers 12. Die Barriereschicht 5 grenzt direkt an das Konversionselement 2 an.
Ferner ist in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Kontaktstelle 14 des Leuchtdiodenchips dargestellt, welche in den übrigen Figuren nicht gezeigt ist. Die Kontaktstelle 14 dient der Kontaktierung des Leuchtdiodenchips 11 mittels der Anschlussstellen 13. Hierfür grenzen die Anschlussstellen 13 direkt an die Kontaktstelle 14.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 2B ist ein Verfahren eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 2A ist zwischen dem Konversionselement 2 und der Barriereschicht 5 eine zusätzliche Klebeschicht 22 angeordnet. Die Klebeschicht 22 steht in direktem Kontakt zu dem Leuchtdiodenchip 11 und dem Konversionselement 2. Die Klebeschicht 22 kann beispielsweise mit Silikon und/oder einem Harz gebildet sein.
Die Barriereschicht 5 bedeckt in dem Ausführungsbeispiel der 2B zudem nur die dem Konversionselement 2 zugewandten Außenflächen 12d des Formkörpers 12. Diese beinhalten einen Teil der Deckfläche 12a des Formkörpers 12. Die dem Konversionselement zugewandte Deckfläche des Leuchtdiodenchips 11 bleibt zumindest stellenweise frei von der Barriereschicht 5.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 3A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Konversionselement 2 auf die Bodenfläche 4c des Deckkörpers 4 aufgebracht. Die reaktive Heizschicht 31 ist auf dem ersten Metallrahmen 32 aufgebracht, der wiederum auf der Deckfläche 1a des Leuchtdiodenbauteils 1 aufgebracht ist. Auf der Bodenfläche 4c des Deckkörpers 4 ist ein zweiter Metallrahmen 33 angeordnet, der das Konversionselement 2 lateral begrenzt. Das Konversionselement wird zusammen mit dem Deckkörper 4 auf den ersten Metallrahmen 32 und die reaktive Heizschicht 31 aufgebracht. Der erste Metallrahmen 32, die reaktive Heizschicht 31 und der zweite Metallrahmen 33 bilden dann nach Zusammenfügen des Deckkörpers mit den übrigen Komponenten zusammen einen Rahmenkörper 3.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 3A dadurch, dass die reaktive Heizschicht 31 in direktem Kontakt mit dem ersten Metallrahmen 32 steht. Die reaktive Heizschicht 31 wird dann zusammen mit dem Deckkörper 4 auf den ersten Metallrahmen 32 aufgebracht.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 3 ist ferner eine Barriereschicht 5 vorhanden. Die Barriereschicht 5 bedeckt die Deckfläche 1a des Leuchtdiodenbauteils 1 vollständig und dient der hermetischen Abdichtung des Konversionselements 2 zum Formkörper 12.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 9 ist beispielsweise mittels des Verfahrens gemäß der 2A hergestellt. Nach dem Verbinden der reaktiven Heizschicht 31 und des ersten Metallrahmens 32 ist ein Rahmenkörper 3 ausgebildet. Der Rahmenkörper 3 umschließt das Konversionselement 2 rahmenartig. Der Deckkörper 4 überdeckt sämtliche dem Leuchtdiodenchip 1 abgewandten Außenflächen des Konversionselements 2. Zwischen dem Konversionselement 2 und dem Deckkörper 4 ist ein Zwischenraum 6 angeordnet. Bei dem Zwischenraum 6 kann es sich beispielsweise um einen luftgefüllten Leerraum handeln. Es ist ferner möglich, dass in dem Zwischenraum 6 ein Inertgas eingebracht ist. Ferner kann in dem Zwischenraum 6 auch ein Vakuum, also ein reduzierter Druck, vorherrschen. Beispielsweise beträgt der Druck in dem Zwischenraum 6 höchstens 10^–5 mbar.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. Das hier gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem der 4, mit dem Unterschied, dass der Deckkörper 4 an einer dem Leuchtdiodenbauteil abgewandten Deckfläche 4a Ausnehmungen 41 aufweist, welche der verbesserten Strahlungsauskopplung der von dem Leuchtdiodenchip 11 emittierten elektromagnetischen Strahlung dient. Durch die Ausnehmungen 41 wird die Totalreflexion an der Grenzfläche von dem Material des Deckkörpers 4 zur umgebenden Luft reduziert. Alternativ oder zusätzlich können der Deckkörper 4 und/oder die Ausnehmungen 41 in Form einer Linse ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, dass der Deckkörper 4 alternativ oder zusätzlich an seiner Deckfläche 4a eine Antireflexionsschicht aufweisen, die ebenfalls eine verbesserte Auskopplung der von dem Leuchtdiodenchip 11 emittierten elektromagnetischen Strahlung gewährleistet.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 näher erläutert. Der Deckkörper 4 des hier gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelements 9 ist mit einem PVD-Verfahren abgeschieden worden. Dies ist an dem gleichmäßigen Überformen der zuvor aufgebrachten Komponenten sichtbar. Beispielsweise kann somit die Form des Rahmenkörpers 3 auf den Deckkörper 4 übertragen werden, so dass eine der Bodenfläche abgewandte Strahlungsaustrittsfläche 4a des Deckkörpers 4 in den Bereichen des Rahmenkörpers 3 einen größeren Abstand zu dem Leuchtdiodenbauteil 1 aufweist.
Bei der Verwendung eines PVD-Verfahrens ergibt sich der Vorteil, dass der Deckkörper das Konversionselement 2 unmittelbar nach außen abdichtet. Das heißt, es ist kein Zwischenraum 6 zwischen dem Konversionselement 2 und dem Deckkörper 4 vorhanden, wodurch eine bessere Stabilität des Matrixmaterials des Konversionselements 2 gewährleistet ist. Insbesondere ist es somit ausgeschlossen, dass eventuell vorhandene Luftpartikel in dem Zwischenraum 6 zu einer Oxidation der Schutzschicht der Quantenpunkte 21 führen kann.
Gemäß der schematischen Schnittdarstellung der 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Lichtquelle näher erläutert. Eine Lichtquelle umfasst eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 9. Zudem umfasst die Lichtquelle einen Formkörperverbund 12‘, wobei der Formkörperverbund die Formkörper 12 der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 9 umfasst. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 9 sind hierbei mittels des Formkörperverbunds 12‘ lateral verbunden. Eine Lichtquelle umfasst zudem einen einzigen Deckkörper 4‘, der eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 9 gleichzeitig bedeckt. Zwischen benachbarten Konversionselementen 2 der optoelektronischen Halbleiterbauelementen 9 ist der Rahmenkörper 3 angeordnet.
Der Formkörperverbund 12‘ und der einzige Deckkörper 4‘ können optional entlang der gestrichelten Linie in der 7 vereinzelt werden. Beispielsweise kann die Vereinzelung mit einem Schneidewerkzeug und/oder einem Laser erfolgen. Ferner können der Formkörperverbund 12‘ und der einzige Deckkörper 4‘ entlang einer im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zu der gestrichelten Linie 91 verlaufenden Linie vereinzelt werden.
Gemäß der schematischen Aufsicht der 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Lichtquelle näher erläutert. Die Aufsicht erfolgt hierbei aus der Abstrahlrichtung Z. Aufgrund der strahlungsdurchlässigen Ausführung des gemeinsamen Deckkörpers 4‘ sind die einzelnen Leuchtdiodenbauteile 9 mit den jeweiligen Leuchtdiodenchips 11, den Anschlussstellen 13 und den Kontaktstellen 14 in dieser Aufsicht erkennbar. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 9 sind lateral durch den Rahmenkörper 3 voneinander getrennt. Der Rahmenkörper 3 weist dementsprechend in einer Aufsicht die Form eines Gitters auf.
Der Formkörperverbund 12‘ verbindet die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 9 untereinander. Entlang der gestrichelten Linie 91 können der Formkörperverbund 12‘ und der einzige Deckkörper 4‘ optional vereinzelt werden.
Ein hier beschriebenes Verfahren beziehungsweise ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 9 bringen insbesondere den Vorteil mit sich, dass ein kompaktes und günstig herstellbares Leuchtdiodenbauteil 1 mit einem Formkörper 12 in Verbindung mit einem Konversionselement 2 mit Quantenpunkten 21 verwendet werden kann. Dies wird mitunter durch die hermetische Abdichtung mittels der Barriereschicht 5, des Rahmenkörpers 3 und/oder des Deckkörpers 4 realisiert.
Die Kombination eines kompakten Leuchtdiodenbauteils mit einem Konversionsmaterial mit wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkten und einer hermetischen Abdichtung ermöglicht es, eine kompakte, robuste und preiswert herzustellende Lichtquelle mit einem schmalbandigen Emissionsspektrum bereitzustellen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012110668 [0001]
DE 102007049005 A1 [0023]
US 2011/0049730 A1 [0057]
US 2012/0132953 A1 [0057]

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9), umfassend – ein Leuchtdiodenbauteil (1) mit zumindest einem Leuchtdiodenchip (11) und einer Deckfläche (1a), die dem Leuchtdiodenchip (11) in einer Abstrahlrichtung (z) nachgeordnet ist, – ein Konversionselement (2), das dem Leuchtdiodenbauteil (1) in Abstrahlrichtung (Z) nachgeordnet ist, – einen Rahmenkörper (3) und – einen Deckkörper (4), der aus einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet ist, wobei – der Rahmenkörper (3) alle Seitenflächen (2c) des Konversionselementes (2) rahmenartig umschließt, – der Deckkörper (4) dem Konversionselement (2) in Abstrahlrichtung (Z) nachgeordnet ist und das Konversionselement (2) an seiner dem Leuchtdiodenchip (11) abgewandten Deckfläche (2a) überdeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine Barriereschicht (5) vorhanden ist, die zwischen dem Leuchtdiodenbauteil (1) und dem Konversionselement (2) angeordnet ist, wobei die Barriereschicht (5) alle dem Konversionselement (2) zugewandten Außenflächen des Leuchtdiodenbauteils (1) vollständig bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Konversionselement (2) wellenlängenkonvertierende Quantenpunkte (21) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Deckkörper (4) und der Rahmenkörper (3) miteinander verbunden sind und alle dem Leuchtdiodenbauteil (1) abgewandten Außenflächen des Konversionselementes (2) vollständig überdecken.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Leuchtdiodenbauteil einen Formkörper (12) und Anschlussstellen (13) umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Barriereschicht (5) vorhanden ist, die zwischen dem Leuchtdiodenbauteil (1) und dem Konversionselement (2) angeordnet ist, wobei die Barriereschicht (5) alle dem Konversionselement (1) zugewandten Außenflächen des Formkörpers (12) vollständig bedeckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Konversionselement (2) durch die Barriereschicht (5) und/oder die Anschlussstellen (13), den Rahmenkörper (3) und den Deckkörper (4) im Rahmen der Herstellungstoleranzen hermetisch abgedichtet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Material der Barriereschicht (5), das Material des Rahmenkörpers (3) und/oder das Material des Deckkörpers (4) eine Wasserdampf-Transmissionsrate aufweist, die höchstens 1 × 10^–3 g/m²/Tag, bevorzugt höchstens 3 × 10^–4 g/m²/Tag, beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Material des Formkörpers (12) eine höhere Wasserdampf-Transmissionsrate als das Material der Barriereschicht (5) aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Barriereschicht (5) in Abstrahlrichtung zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht mit einem organischen Material gebildet ist und die zweite Schicht mit einem anorganischen Material gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Anschlussstellen (13) im Rahmen der Herstellungstoleranzen alle dem Konversionselement (2) zugewandten Außenflächen des Formkörpers (12) bedecken.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Rahmenkörper (3) eine reaktive Heizschicht (31) und einen ersten Metallrahmen (32) umfasst, wobei – die reaktive Heizschicht (31) mit einem reaktionsfähigen Material gebildet ist, – der erste Metallrahmen (32) mit Metall gebildet ist und – die reaktive Heizschicht (31) und der erste Metallrahmen (32) mittels einer exothermen chemischen Reaktion des reaktionsfähigen Materials miteinander verschmolzen sind.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (9), mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Leuchtdiodenbauteils (1) mit zumindest einem Leuchtdiodenchip (11) und einer Deckfläche (1a), die dem Leuchtdiodenbauteil (1) in einer Abstrahlrichtung (Z) nachgeordnet ist, – Aufbringen eines ersten Metallrahmen (32) auf die Deckfläche (1a) des Leuchtdiodenbauteils (1), wobei der erste Metallrahmen (32) in einer Aufsicht aus der Abstrahlrichtung (Z) zusammenhängend und rahmenförmig ausgebildet ist, – Aufbringen eines Konversionselementes (2) an einer den ersten Metallrahmen (32) aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils (1), – Aufbringen eines strahlungsdurchlässigen Deckkörpers (4) an der den ersten Metallrahmen (32) aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils (1).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Aufbringen des Konversionselementes (2) eine Barriereschicht (5) auf der Deckfläche (1a) des Leuchtdiodenbauteils (1) aufgebracht wird, wobei die Barriereschicht in Abstrahlrichtung zumindest eine erste Schicht und zumindest eine zweite Schicht umfasst.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht mittels unterschiedlicher Abscheideverfahren bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aufbringen des Deckkörpers (4) folgende Verfahrensschritte umfasst: – Bereitstellen des Deckkörpers (4), – Aufbringen einer reaktiven Heizschicht (31) die mit einem reaktionsfähigen Material gebildet ist auf eine Bodenfläche (4c) des Deckkörpers (4), wobei die reaktive Heizschicht (31) im Rahmen der Herstellungstoleranzen die rahmenartige Form des ersten Metallrahmens (32) aufweist, – Anbringen des Deckkörpers (4) an der den ersten Metallrahmen (32) aufweisenden Seite des Leuchtdiodenbauteils (1), wobei der erste Metallrahmen (32) und die reaktive Heizschicht (31) in direktem Kontakt zueinander stehen, – elektrisches Zünden der reaktiven Heizschicht (31), wobei eine exotherme Reaktion zu einem zumindest teilweisen Aufschmelzen der reaktiven Heizschicht führt und die reaktive Heizschicht (31) und der erste Metallrahmen (32) zu einem Rahmenkörper (3) verschmelzen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das das Material des Deckkörpers (4) mittels physikalischer Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung und/oder Atomlagendeposition auf das Konversionselement (2) und den ersten Metallrahmen (32) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die reaktive Heizschicht (31) einen zweiten Metallrahmen (33) umfasst, der mit dem Deckkörper (4) verbunden ist, und das Konversionselement (4) vor dem Verschmelzen der reaktiven Heizschicht (31) und des ersten Metallrahmens (32) auf die Bodenfläche (4c) des Deckkörpers (4) aufgebracht wird.
Lichtquelle, aufweisend – eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (9) nach einem der vorherigen Ansprüche und – einem Formkörperverbund, wobei – der Formkörperverbund (12‘) die Formkörper (12) der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (9) umfasst, – die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (9) mittels des Formkörperverbundes (12‘) lateral verbunden sind, – ein einziger Deckkörper (4‘) die Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (9) bedeckt und – zwischen benachbarten Konversionselemente (2) der Rahmenkörper (3) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Formkörperverbund (12‘) und der einzige Deckkörper (4‘) entlang eines Teils des Rahmenkörpers (3) oder im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zu zumindest einem Teil des Rahmenkörpers (3) vereinzelt werden.