DE102015104220A1

DE102015104220A1 - Optoelektronische Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102015104220A1
Application number: DE102015104220.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Leirer; Alexander Linkov; Matthias Sperl; Matthias Kiessling
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22
Also published as: WO2016150837A1; US20180097156A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Leuchtvorrichtung, umfassend: – einen Träger, – auf welchem eine lichtemittierende Diode angeordnet ist, – wobei auf einer lichtemittierenden Oberfläche der Diode eine mehrere Mikrolinsen aufweisende Mikrolinsenstruktur angeordnet ist, – wobei auf der Mikrolinsenstruktur eine Konversionsschicht angeordnet ist, – so dass von der lichtemittierenden Oberfläche emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Mikrolinsenstruktur abgebildet und dann konvertiert werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung.

Description

Bei mittels Spraycoating aufgebrachten, dünnen Konversionsschichten führen die großen Unterschiede in den optischen Weglängen innerhalb der Konversionsschicht (Silikon/Konverter-Gemisch) für manche Applikationen zu einem nicht akzeptablen Farbe-über-Winkel-Verhalten (Farbhomogenität) bei weiß konvertierten, blauen Chips. Senkrechte, blaue Emission aus dem Chip wird aufgrund der geringen Dicke wenig konvertiert, bei großen Winkeln tritt jedoch eine sehr ausgeprägte Konversion auf.
Dieses Verhalten gilt ebenso für Konversionsplättchen (Silikon/Konverter-Gemisch), welche in einem separaten Verfahren mittels Siebdruck hergestellt und anschließend maschinell auf den blauen Chip aufgesetzt werden.
Bisher wurde zur Verbesserung der Farbhomogenität Diffusormaterial (beispielsweise Al₂O₃) dem Silikon/Konverter-Gemisch beigemengt oder als separate Schicht auf der Konversionsschicht abgeschieden. Aufgrund der damit verbundenen, erhöhten Streuung kann die Farbhomogenität in gewissen Grenzen verbessert werden.
Aufgrund der erhöhten Streuung wird teilweise aber auch Licht in Richtung Substrat oder Chip rückgestreut, was dabei teilweise absorbiert werden kann (je nach Reflektivität der Oberflächen, Anregung im pn-Übergang). Dies kann zu einem Effektivitätsverlust führen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein effizientes Konzept bereitzustellen, welches eine Farbhomogenität von mittels einer Konversionsschicht konvertiertem Licht einer Leuchtdiode verbessert.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird eine optoelektronische Leuchtvorrichtung bereitgestellt, umfassend:

– einen Träger,
– auf welchem eine lichtemittierende Diode angeordnet ist,
– wobei auf einer lichtemittierenden Oberfläche der Diode eine mehrere Mikrolinsen aufweisende Mikrolinsenstruktur angeordnet ist,
– wobei auf der Mikrolinsenstruktur eine Konversionsschicht angeordnet ist,
– so dass von der lichtemittierenden Oberfläche emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Mikrolinsenstruktur abgebildet und dann konvertiert werden kann.

Nach noch einem Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:

– Bereitstellen eines Trägers, auf welchem eine lichtemittierende Diode angeordnet ist,
– Anordnen einer mehrere Mikrolinsen aufweisende Mikrolinsenstruktur auf eine lichtemittierende Oberfläche der lichtemittierenden Diode,
– Anordnen einer Konversionsschicht auf die Mikrolinsenstruktur,
– so dass von der lichtemittierenden Oberfläche emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Mikrolinsenstruktur abgebildet und dann konvertiert werden kann.

Die Erfindung umfasst also insbesondere und unter anderem den Gedanken, bezogen auf die Abstrahlrichtung der lichtemittierenden Oberfläche der lichtemittierenden Diode zunächst eine Mikrolinsenstruktur aufweisend mehrere Mikrolinsen anzuordnen und erst dann die Konversionsschicht vorzusehen. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass zunächst das mittels der lichtemittierenden Oberfläche emittierte Licht durch die Mikrolinsenstruktur abgebildet und erst dann mittels der Konversionsschicht konvertiert wird. Dadurch wird insbesondere eine bessere Durchmischung der unterschiedlichen Konversionspfade bewirkt, was wiederum letztlich eine Verbesserung im Farbe-über-Winkel-Verhalten bewirkt. Die bessere Durchmischung resultiert insbesondere aus der zusätzlichen Lichtstreuung aufgrund der Mikrolinsenstruktur. Eine Farbhomogenität kann insbesondere durch eine vorbestimmte Mindestentfernung oder einen vorbestimmten Mindestabstand der Mikrolinsenstruktur zu der Konversionsschicht verbessert werden. Dies insbesondere, wenn die Mikrolinsenstruktur eine oder mehrere Kugellinsen aufweisen sollte, was im Folgenden weiter beschrieben wird.
Eine Mikrolinse im Sinne der vorliegenden Erfindung weist insbesondere eine Größe auf, die in der Größenordnung von einigen Mikrometern, insbesondere von einigen 10 µm, insbesondere von einigen 100 µm liegt. Vorzugsweise weist eine Mikrolinsen einen Durchmesser zwischen 5 µm und 100 µm auf.
Eine Konversionsschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ausgebildet, das Licht, welches mittels der lichtemittierenden Oberfläche der lichtemittierenden Diode emittiert wird, zumindest teilweise in Licht zu konvertieren, welches eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich aufweist, der verschieden von der Wellenlänge oder dem Wellenlängenbereich des Lichts ist, das mittels der lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird. Das Licht, welches mittels der lichtemittierenden Oberfläche emittiert wird, kann zum Beispiel als Primärlicht bezeichnet werden. Das konvertierte Licht kann zum Beispiel als Sekundärlicht bezeichnet werden. Die Konversionsschicht umfasst nach einer Ausführungsform einen Phosphor.
Eine Mikrolinsenstruktur im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst beispielsweise eine Matrix aus Mikrolinsen. Eine solche Matrix aus Mikrolinsen umfasst zum Beispiel mehrere Spalten und zum Beispiel mehrere Zeilen jeweils aufweisend Mikrolinsen.
Eine lichtemittierende Diode kann auch als eine Leuchtdiode bezeichnet werden (auf Englisch: Light Emitting Diode, LED).
Nach einer Ausführungsform sind mehrere lichtemittierenden Dioden vorgesehen. Ausführungen, die im Zusammenhang mit einer lichtemittierenden Diode gemacht sind, gelten analog für mehrere lichtemittierende Dioden.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsenstruktur ein mehrere Mikrolinsen umfassendes Substrat umfasst, welches auf der lichtemittierenden Oberfläche angeordnet ist. Das heißt also insbesondere, dass das Substrat umfassend die mehreren Mikrolinsen ein Bauteil ist, welches getrennt von der lichtemittierenden Diode gebildet ist. Somit kann eine Mikrolinsenstruktur getrennt von der lichtemittierenden Diode hergestellt werden. Dies weist insbesondere den Vorteil einer effizienten und vereinfachten Herstellung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung auf. So kann also nach einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass ein Substrat aufweisend mehrere Mikrolinsen hergestellt oder bereitgestellt wird, welches anschließend auf die lichtemittierende Oberfläche angeordnet wird.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsenstruktur als ein Substrat aufweisend mehrere Mikrolinsen gebildet ist. Das heißt also insbesondere, dass die Mikrolinsenstruktur aus einem Substrat besteht, welches mehrere Mikrolinsen umfasst.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mehreren Mikrolinsen des Substrats mit diesem integral gebildet sind.
Das heißt also insbesondere, dass die mehreren Mikrolinsen und das Substrat ein gemeinsames Bauteil bilden. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente und vereinfachte Herstellung des Substrats aufweisend die mehreren Mikrolinsen ermöglicht ist. Insbesondere können das Substrat und die mehreren Mikrolinsen zum Beispiel in vorteilhafter Weise in einem gemeinsamen Herstellungsschritt hergestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mehreren Mikrolinsen des Substrats getrennt von diesem gebildet sind. Das heißt also insbesondere, dass die mehreren Mikrolinsen des Substrats und das Substrat getrennte Bauteile bilden. Somit kann also zunächst ein Substrat bereitgestellt werden, auf welchem dann mehrere Mikrolinsen angeordnet werden, wobei dann dieses Substrat mit den mehreren Mikrolinsen auf die lichtemittierende Oberfläche angeordnet wird. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass Substrat und Mikrolinsen voneinander unabhängig hergestellt werden können, was zum Beispiel eine hohe Flexibilität im Herstellungsprozess ermöglichen kann.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest einige der mehreren Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur als vereinzelte Mikrolinsen gebildet sind, so dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen getrennt voneinander auf der lichtemittierenden Oberfläche angeordnet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass diese zumindest einige Mikrolinsen getrennt von der lichtemittierenden Diode hergestellt werden können, was zum Beispiel eine hohe Flexibilität im Herstellungsprozess bewirken kann. Zum Beispiel ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass sämtliche Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur als vereinzelte Mikrolinsen gebildet sind, sodass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen getrennt voneinander auf der lichtemittierenden Oberfläche angeordnet sind. Vereinzelte Mikrolinsen sind also getrennt voneinander gebildete Elemente oder Bauteile.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen jeweils als eine Kugel gebildet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die Mikrolinsen technisch einfach herzustellen sind. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kugel eine Glaskugel ist. Das heißt also insbesondere, dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen Glaskugeln sind. Anstelle einer Glaskugel kann nach einer Ausführungsform eine Plastikkugel vorgesehen sein. Das heißt also insbesondere, dass nach einer Ausführungsform die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen Plastikkugeln sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsenstruktur auf der lichtemittierenden Oberfläche aufgeklebt ist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine effiziente Befestigung der Mikrolinsenstruktur auf der lichtemittierenden Oberfläche ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform ist die Mikrolinsenstruktur auf der lichtemittierenden Oberfläche mittels eines Klebstoffs auf der lichtemittierenden Oberfläche aufgeklebt. Ein solcher Klebstoff umfasst insbesondere Silikon. Das heißt also, dass zum Beispiel ein Silikonkleber verwendet wird, um die Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche zu kleben.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Aufkleben der Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche ein Aushärten des Klebstoffs, insbesondere des Silikons, umfasst.
Nach einer Ausführungsform ist das Silikon ein Klarsilikon. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Lichtausbeute der lichtemittierenden Diode verbessert werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Klebstoff, insbesondere das Silikon, mit einem Lösungsmittel verdünnt ist respektive wird. Ein Lösungsmittel ist zum Beispiel ein n-Heptan.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Klebstoff, insbesondere das Silikon, mittels eines Sprühens (auch Spraycoating genannt) und/oder mittels eines Dispensens auf die lichtemittierende Oberfläche aufgebracht wird. Der Begriff „dispensen“ kann ins Deutsche mit „Molden“ bezeichnet werden und bezeichnet einen Prozessschritt in einem Spritzgussverfahren.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konversionsschicht auf der Mikrolinsenstruktur aufgesprüht ist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass die Konversionsschicht effizient auf die Mikrolinsenstruktur aufgebracht werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konversionsschicht als eine eine Topographie der Mikrolinsenstruktur abbildende Konversionsschicht gebildet ist. Das heißt also insbesondere, dass die Konversionsschicht derart auf der Mikrolinsenstruktur aufgebracht ist, dass diese die Topographie der Mikrolinsenstruktur abbildet. Das heißt also insbesondere, dass auch die Konversionsschicht eine Topographie aufweist, die der Topographie der Mikrolinsenstruktur entspricht. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Einfluss auf eine Abstrahlcharakteristik der optoelektronischen Leuchtvorrichtung genommen werden kann. Insbesondere kann dadurch in vorteilhafter Weise eine bestimmte Abstrahlcharakteristik eingestellt werden. Zum Abbilden der Topographie der Mikrolinsenstruktur ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Konversionsschicht eine Dicke zwischen 1 µm und 100 µm aufweist.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest einige der Mikrolinsen als halbsphärische Linsen oder als Prismen gebildet sind. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine bestimmte Abstrahlcharakteristik oder optische Abbildung mittels der Mikrolinsen erreicht werden kann. Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sämtliche Mikrolinsen der Mikrolinsenstruktur als halbsphärische Linsen oder als Prismen gebildet sind.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsenstruktur ein Glas und/oder einen Kunststoff umfasst oder aus Glas und/oder aus Kunststoff gebildet ist. Die Mikrolinsenstruktur kann nach weiteren Ausführungsformen folgende Materialien einzeln oder in Kombination umfassen: Quarzglas (auf Englisch: „Fused Silica“), Silikon, Borsilikatglas, Siliziumdioxid (SiO₂).
Das Substrat ist nach einer Ausführungsform als Platte gebildet.
Das Substrat ist nach einer weiteren Ausführungsform aus Quarzglas, Silikon oder Borsilikatglas gebildet oder umfasst ein solches Material oder mehrerer solcher Materialien.
Das Substrat weist nach einer Ausführungsform eine Dicke von 100 µm auf. Insbesondere weist das Substrat eine Dicke zwischen 50 µm und 150 µm auf.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anordnen der Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche ein Anordnen eines mehrere Mikrolinsen umfassenden Substrats auf die lichtemittierende Oberfläche umfasst.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mehreren Mikrolinsen des Substrats mit diesem integral gebildet sind.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anordnen der Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche ein Anordnen von vereinzelt gebildeten Mikrolinsen auf die lichtemittierende Oberfläche umfasst, so dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen getrennt voneinander auf die lichtemittierende Oberfläche angeordnet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen jeweils als eine Kugel gebildet sind. Die Kugeln weisen nach einer Ausführungsform einen Durchmesser von 50 µm auf. Insbesondere weisen die Kugeln einen Durchmesser von 20 µm bis 100 µm auf. Die Kugel ist zum Beispiel aus Siliziumdioxid (SiO₂) gebildet. Ein Durchmesser der Kugel hängt insbesondere von einem Farbort der mittels der LED emittierten elektromagnetischen Strahlung und/oder von einer LED-Größe ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anordnen der Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche ein Kleben der Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche umfasst.
Nach noch einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Klebschicht auf die lichtemittierende Oberfläche aufgebracht wird, wobei nach dem Aufbringen der Klebschicht vereinzelt gebildete Mikrolinsen auf die Klebschicht aufgebracht werden, wobei nach dem Aufbringen eine Monolage übersteigend vereinzelt gebildete Mikrolinsen von der Klebschicht entfernt werden, so dass die verbliebenen vereinzelt gebildeten Mikrolinsen eine Monolage aus vereinzelt gebildeten Mikrolinsen bilden.
Das heißt also insbesondere, dass dadurch der technische Vorteil bewirkt werden kann, dass lediglich eine Monolage aus Mikrolinsen auf der lichtemittierenden Oberfläche aufgebracht ist. Das Entfernen umfasst zum Beispiel ein Abschütteln der überflüssigen Mikrolinsen. Überflüssige Mikrolinsen sind Mikrolinsen, die die Monolage übersteigen, also zu viel sind.
Das Aufbringen der vereinzelt gebildeten Mikrolinsen umfasst zum Beispiel ein Eintauchen der Klebschicht in eine Vielzahl von vereinzelt gebildeten Mikrolinsen.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konversionsschicht auf die Mikrolinsenstruktur aufgesprüht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konversionsschicht als eine eine Topographie der Mikrolinsenstruktur abbildende Konversionsschicht gebildet wird.
Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest einige der Mikrolinsen als halbsphärische Linsen oder als Prismen gebildet sind.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optoelektronische Leuchtvorrichtung mittels des Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung hergestellt ist respektive wird.
In weiteren Ausführungsformen können folgende Linsenprofile oder Linsenformen für die Mikrolinsen vorgesehen sein: plankonvex, bikonvex, asphärisch oder sphärisch.
Der Träger ist nach einer Ausführungsform als ein Substrat gebildet.
In einer Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode als ein LED-Chip gebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode eine Laserdiode.
In einer Ausführungsform wird die Mikrolinsenstruktur derart auf die lichtemittierende Oberfläche angeordnet, dass die Mikrolinsen abgewandt von der lichtemittierenden Oberfläche gebildet oder angeordnet sind.
Die Konversionsschicht umfasst nach einer Ausführungsform einen Phosphor.
In einer Ausführungsform umfasst die Konversionsschicht Silikon, um in vorteilhafter Weise die Konversionsschicht an die Mikrolinsenstruktur zu kleben.
Nach einer Ausführungsform ist der Träger ein Leadframe.
Vorrichtungsmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden Verfahrensmerkmalen und umgekehrt. Das heißt also insbesondere, dass technische Funktionalitäten, Vorteile und Ausführungen, wie sie im Zusammenhang mit der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gemacht sind, analog für das Verfahren und umgekehrt gelten.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
1 eine seitliche Schnittansicht einer Mikrolinsenstruktur,
2 eine schräge Draufsicht auf die Mikrolinsenstruktur der 1,
3 die Mikrolinsenstruktur gemäß 1 nach einem Vereinzeln,
4 eine optoelektronische Leuchtvorrichtung noch ohne eine Konversionsschicht,
5 die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß 4 aufweisend eine Konversionsschicht,
6 eine weitere optoelektronische Leuchtvorrichtung noch ohne eine Mikrolinsenstruktur und eine Konversionsschicht,
7 die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß 6 mit einer Klebstoffschicht,
8 die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß 7 aufweisend eine Mikrolinsenstruktur,
9 die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß 8 aufweisend eine Konversionsschicht und
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung
zeigen.
Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
1 zeigt eine Mikrolinsenstruktur 101 in einer seitlichen Schnittansicht.
Die Mikrolinsenstruktur 101 weist ein Substrat 103 auf. Das Substrat 103 ist zum Beispiel als eine Glasplatte gebildet. Das Substrat 103 kann nach weiteren Ausführungsformen folgende Materialien einzeln oder in Kombination umfassen: Quarzglas, Silikon, Borsilikatglas.
Auf dem Substrat 103 sind mehrere Mikrolinsen 105 angeordnet, die als halbsphärische Linsen gebildet sind. Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Mikrolinsen 105 integral mit dem Substrat 103 gebildet. Das heißt also insbesondere, dass dem Substrat 103 eine Mikrolinsenstruktur aufgeprägt ist.
Eine Dicke des Substrats 103 kann nach einer Ausführungsform 100 µm betragen.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Mikrolinsen 105 als halbsphärische Linsen gebildet. In weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen können folgende Linsenprofile oder Linsenformen vorgesehen sein: plankonvex, bikonvex oder asphärisch oder sphärisch. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikrolinsen 105 als Prismen gebildet sind.
2 zeigt die Mikrolinsenstruktur 101 gemäß 1 in einer schrägen Draufsicht.
3 zeigt die Mikrolinsenstruktur 101 gemäß 1 nach einem Vereinzeln.
Das heißt also, dass die Mikrolinsenstruktur 101 der 1 vereinzelt wurde. Zum Beispiel ist vorgesehen, dass das Substrat 103 geteilt wurde. Das heißt also insbesondere, dass mehrere Teilsubstrate 103 aus dem Substrat 103 getrennt wurden. Beispielsweise kann das Vereinzeln des Substrats 103 ein Sägen und/oder ein Lasertrennen und/oder ein Ritzen mit anschließendem Brechen umfassen. Die vereinzelten Substrate sind in 3 der Übersicht halber wieder mit dem Bezugszeichen 103 versehen. Entsprechend sind die so vereinzelten Mikrolinsenstrukturen ebenfalls mit dem Bezugszeichen 101 versehen.
Eine Größe der vereinzelten Mikrolinsenstrukturen 101 wird so gewählt, dass diese eine lichtemittierende Oberfläche einer Leuchtdiode abdecken können. Das heißt also insbesondere, dass eine der lichtemittierenden Oberfläche entsprechende Größe für die vereinzelten Mikrolinsenstrukturen 101 gewählt wird.
4 zeigt eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 401 noch ohne eine Konversionsschicht.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 401 umfasst einen Träger 403, der beispielsweise als ein Substrat gebildet sein kann. Auf dem Träger 403 ist eine lichtemittierende Diode 405 angeordnet. Die lichtemittierende Diode 405 ist beispielsweise als ein LED-Chip gebildet.
Die lichtemittierende Diode 405 kann beispielsweise als Laserdiode gebildet sein. In der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die lichtemittierende Diode 405 teilweise im Träger 403 eingebettet. In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die lichtemittierende Diode 405 nicht eingebettet ist.
Die lichtemittierende Diode 405 weist eine lichtemittierende Oberfläche 407 auf, die dem Träger 403 abgewandt ist. Auf der Oberfläche 407 ist eine Klebstoffschicht 409 aufgebracht, die zum Beispiel Silikon umfassen kann. Das heißt also insbesondere, dass zum Beispiel eine Silikonschicht als Klebstoffschicht 409 auf die lichtemittierende Oberfläche 407 aufgebracht wird.
Die vereinzelte Mikrolinsenstruktur 101 gemäß 3 ist auf der Klebstoffschicht 409 aufgebracht, sodass die Mikrolinsenstruktur 101 auf der lichtemittierenden Oberfläche 407 geklebt ist. Beispielsweise kann das Aufbringen der Mikrolinsenstruktur 101 auf die lichtemittierende Oberfläche 407 einen Die-Bondingprozess umfassen, also ein maschinelles Setzen der Mikrolinsenstruktur 101 auf die Klebstoffschicht 409.
Hierbei wird die Mikrolinsenstruktur 101 derart auf die lichtemittierende Oberfläche 407 angeordnet, dass die Mikrolinsen 105 abgewandt von der lichtemittierenden Oberfläche 407 gebildet oder angeordnet sind.
Licht, welches mittels der lichtemittierenden Oberfläche 407 emittiert wird, wird somit durch die Mikrolinsenstruktur 105 strahlen und durch diese eine optische Abbildung erfahren.
5 zeigt die optoelektronische Leuchtvorrichtung 401 gemäß 4 aufweisend eine Konversionsschicht 501.
Die Konversionsschicht 501 umfasst zum Beispiel einen Phosphor. Insbesondere umfasst die Konversionsschicht 501 Silikon, um in vorteilhafter Weise die Konversionsschicht effizient an die Mikrolinsenstruktur 101 und an den Träger 103 zu kleben.
Die Konversionsschicht 501 bedeckt nach dem Aufbringen der Konversionsschicht 501 zumindest die Mikrolinsen 105 der Mikrolinsenstruktur 101. Dadurch wird in vorteilhafter Weise bewirkt, dass das mittels der Mikrolinsenstruktur 101 abgebildete Licht durch die Konversionsschicht 501 strahlt und in dieser zumindest teilweise, insbesondere vollständig, konvertiert wird.
Zum Beispiel wird die Konversionsschicht 501 mittels eines Sprühprozesses, im Englischen "Spraycoating" genannt, aufgebracht.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 401 weist also eine vorstrukturierte Mikrolinsenstruktur 101 auf. Vorstrukturiert deshalb, da eine bereits fertige Mikrolinsenstruktur auf die lichtemittierende Oberfläche 407 aufgesetzt oder angeordnet wird. Vorstrukturiert heißt hier insbesondere auch vorgefertigt.
Solche vorgefertigten Mikrolinsenstrukturen eignen sich insbesondere in vorteilhafter Weise für lichtemittierende Dioden, die als Barren-Chips oder als Flip-Chips ausgebildet sind. Insbesondere eignen sich solche Mikrolinsenstrukturen, wie sie für die optoelektronische Leuchtvorrichtung 401 verwendet werden, für lichtemittierende Dioden ohne Bondnotch, also für lichtemittierende Dioden, die als Oberflächenemitter mit zwei Rückseitenkontakten gebildet sind. Der Begriff Bondnotch bezeichnet eine Drahtkontaktieroberfläche auf einer Chip-Oberseite.
6 zeigt eine weitere optoelektronische Leuchtvorrichtung 601 noch ohne eine Klebstoffschicht, noch ohne eine Mikrolinsenstruktur und noch ohne eine Konversionsschicht.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 601 umfasst analog zu der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 401 ebenfalls einen Träger 403 und eine lichtemittierende Diode 405, die eine lichtemittierende Oberfläche 407 aufweist.
7 zeigt die optoelektronische Leuchtvorrichtung 601, wobei auf der lichtemittierenden Oberfläche 407 eine Klebstoffschicht 409 aufgebracht ist. Bei dieser Klebstoffschicht 409 kann es sich um die gleiche Klebstoffschicht 409 wie bei der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 401 handeln.
Zum Beispiel kann eine dünne Schicht eines klaren Silikons auf die lichtemittierende Oberfläche 407 der lichtemittierenden Diode 405 aufgebracht werden. Diese dünne Schicht ist die Klebstoffschicht 409. Dünn im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass die Schicht, also zum Beispiel die Klebstoffschicht 409, eine Dicke zwischen 0,5 µm und 10 µm aufweist.
Die Klebstoffschicht 409 kann unverdünnt oder mit einem Lösungsmittel, zum Beispiel n-Heptan, verdünnt sein. Insbesondere kann die Klebstoffschicht 409 mittels eines Sprühprozesses und/oder eines Dispensens aufgebracht werden.
8 zeigt die optoelektronische Leuchtvorrichtung 601 gemäß 7 aufweisend eine Mikrolinsenstruktur 801 umfassend mehrere vereinzelte Glaskugeln 803 als Mikrolinsen.
Diese Glaskugeln 803 sind zum Beispiel aus SiO₂, also Siliziumdioxid, gebildet und weisen zum Beispiel einen Durchmesser von 50 µm auf. Diese Glaskugeln 803, die auch als Glaskügelchen bezeichnet werden können, werden nach einer Ausführungsform wie folgt auf die lichtemittierende Oberfläche 407 aufgebracht.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 601 der 7 wird zum Beispiel in eine Anzahl von Glaskügelchen 803 getaucht, zumindest wird die optoelektronische Leuchtvorrichtung gemäß 7 so weit in eine Vielzahl von Glaskügelchen 803 eingetaucht, dass die Klebstoffschicht 409 in diese Vielzahl von Glaskügelchen 803 eintaucht. Das bewirkt in vorteilhafter Weise, dass Glaskügelchen 803 an der Klebstoffschicht 409 kleben oder haften.
Nach einer Ausführungsform ist eine Monolage aus Glaskügelchen 803 vorgesehen, die auf der lichtemittierenden Oberfläche 407 angeordnet ist. Um nach dem Eintauchen überschüssige Glaskügelchen 803 von der Klebstoffschicht 409 zu entfernen, ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die überschüssigen Glaskügelchen 803 abgeschüttelt werden.
Nach dem Abschütteln ist dann insbesondere vorgesehen, dass die Klebstoffschicht 409 aushärtet. Dies unter vorbestimmten Bedingungen, also unter einer vorbestimmten Temperatur in einer vorbestimmten Zeitdauer und zum Beispiel unter Einstrahlung von UV-Licht.
9 zeigt die optoelektronische Leuchtvorrichtung 601 der 8 nach einem Aushärten der Klebstoffschicht 409, wobei nun noch eine Konversionsschicht 501 auf die Mikrolinsenstruktur 801 aufweisend die Glaskügelchen 803 aufgebracht ist.
Die Konversionsschicht 501 kann nach einer Ausführungsform analog zu der Konversionsschicht 501 der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 401 aufgebracht werden.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Konversionsschicht 501 derart auf die Mikrolinsenstruktur 801 aufgebracht wird, dass hierbei die Topographie der Glaskügelchen 803 weitgehend abgebildet wird. Damit eine Topographie der Glaskügelchen 803 abgebildet werden kann, ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine Schichtdicke der Konversionsschicht 801 oberhalb der Glaskügelchen 803 zwischen 5 µm und 100 µm beträgt.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen 1001 eines Trägers, auf welchem eine lichtemittierende Diode angeordnet ist,
– Anordnen 1003 einer mehrere Mikrolinsen aufweisende Mikrolinsenstruktur auf eine lichtemittierende Oberfläche der lichtemittierenden Diode,
– Anordnen 1005 einer Konversionsschicht auf die Mikrolinsenstruktur,
– so dass von der lichtemittierenden Oberfläche emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Mikrolinsenstruktur abgebildet und dann konvertiert werden kann.

Die Erfindung umfasst also insbesondere und unter anderem den Gedanken, eine Mikrolinsenstruktur auf einer lichtemittierende Oberfläche einer lichtemittierenden Diode zu erzeugen oder auf eine solche aufzubringen. Die Mikrolinsenstruktur umfasst zum Beispiel halbsphärische Linsen oder Prismen. Anschließend ist nach einer Ausführungsform vorgesehen, dass die durch die Mikrolinsenstruktur erzeugte, optisch definierte Oberflächentopographie mit einem Konversionsmaterial überformt wird, das heißt also, dass eine Konversionsschicht auf diese Oberflächentopographie aufgebracht wird. Dies beispielsweise mittels eines Sprühprozesses, also mittels eines "Spraycoating"-Prozesses.
Durch das Vorsehen der Mikrolinsenstruktur vor der Konversionsschicht bezogen auf die Abstrahlrichtung des Primärlichts können in vorteilhafter Weise eine bessere Durchmischung von unterschiedlichen Konversionspfaden und somit letztlich eine Verbesserung im Farbe-über-Winkel-Verhalten erreicht werden. Dadurch wird weiterhin in vorteilhafter Weise eine Verbesserung der Farbhomogenität bewirkt. Insbesondere wird dadurch in vorteilhafter Weise ein Einfluss auf eine Abstrahlcharakteristik bewirkt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

101: Mikrolinsenstruktur
103: Substrat
105: Mikrolinsen
401: optoelektronische Leuchtvorrichtung
403: Träger
405: lichtemittierende Diode
407: lichtemittierende Oberfläche
409: Klebstoffschicht
501: Konversionsschicht
601: optoelektronische Leuchtvorrichtung
801: Mikrolinsenstruktur
803: Glaskugeln
1001: Bereitstellen eines Trägers
1003: Anordnen einer mehrere Mikrolinsen aufweisenden Mikrolinsenstruktur
1005: Anordnen einer Konversionsschicht

Claims

Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601), umfassend: – einen Träger (403), – auf welchem eine lichtemittierende Diode (405) angeordnet ist, – wobei auf einer lichtemittierenden Oberfläche (407) der Diode eine mehrere Mikrolinsen (105) aufweisende Mikrolinsenstruktur (101, 801) angeordnet ist, – wobei auf der Mikrolinsenstruktur (101, 801) eine Konversionsschicht (501) angeordnet ist, – so dass von der lichtemittierenden Oberfläche (407) emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Mikrolinsenstruktur (101, 801) abgebildet und dann konvertiert werden kann.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach Anspruch 1, wobei die Mikrolinsenstruktur (101, 801) ein mehrere Mikrolinsen (105) umfassendes Substrat (103) umfasst, welches auf der lichtemittierenden Oberfläche (407) angeordnet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach Anspruch 2, wobei die mehreren Mikrolinsen (105) des Substrats (103) mit diesem integral gebildet sind.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einige der mehreren Mikrolinsen (105) der Mikrolinsenstruktur (101, 801) als vereinzelte Mikrolinsen (105) gebildet sind, so dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) getrennt voneinander auf der lichtemittierenden Oberfläche (407) angeordnet sind.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach Anspruch 4, wobei die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) jeweils als eine Kugel gebildet sind.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mikrolinsenstruktur (101, 801) auf der lichtemittierenden Oberfläche (407) aufgeklebt ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Konversionsschicht (501) auf der Mikrolinsenstruktur (101, 801) aufgesprüht ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Konversionsschicht (501) als eine eine Topographie der Mikrolinsenstruktur (101, 801) abbildende Konversionsschicht (501) gebildet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung (401, 601) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einige der Mikrolinsen (105) als halbsphärische Linsen oder als Prismen gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung (401, 601), umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen (1001) eines Trägers, auf welchem eine lichtemittierende Diode (405) angeordnet ist, – Anordnen (1003) einer mehrere Mikrolinsen (105) aufweisende Mikrolinsenstruktur (101, 801) auf eine lichtemittierende Oberfläche (407) der lichtemittierenden Diode (405), – Anordnen (1005) einer Konversionsschicht auf die Mikrolinsenstruktur (101, 801), – so dass von der lichtemittierenden Oberfläche (407) emittiertes Licht zumindest teilweise durch die Mikrolinsenstruktur (101, 801) abgebildet und dann konvertiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Anordnen der Mikrolinsenstruktur (101, 801) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) ein Anordnen eines mehrere Mikrolinsen (105) umfassenden Substrats (103) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mehreren Mikrolinsen (105) des Substrats (103) mit diesem integral gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Anordnen der Mikrolinsenstruktur (101, 801) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) ein Anordnen von vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) umfasst, so dass die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) getrennt voneinander auf die lichtemittierende Oberfläche (407) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) jeweils als eine Kugel gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Anordnen der Mikrolinsenstruktur (101, 801) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) ein Kleben der Mikrolinsenstruktur (101, 801) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 und Anspruch 14 oder Anspruch 13, wobei eine Klebschicht (409) auf die lichtemittierende Oberfläche (407) aufgebracht wird, wobei nach dem Aufbringen der Klebschicht (409) vereinzelt gebildete Mikrolinsen (105) auf die Klebschicht (409) aufgebracht werden, wobei nach dem Aufbringen eine Monolage übersteigend vereinzelt gebildete Mikrolinsen (105) von der Klebschicht (409) entfernt werden, so dass die verbliebenen vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) eine Monolage aus vereinzelt gebildeten Mikrolinsen (105) bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Konversionsschicht (501) auf die Mikrolinsenstruktur (101, 801) aufgesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Konversionsschicht (501) als eine eine Topographie der Mikrolinsenstruktur (101, 801) abbildende Konversionsschicht (501) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei zumindest einige der Mikrolinsen (105) als halbsphärische Linsen oder als Prismen gebildet sind.