WO2015091670A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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WO2015091670A1
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optoelectronic component
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Britta GÖÖTZ
Tilman Schlenker
Jürgen Moosburger
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component, and to a method for producing an optoelectronic component.
  • optoelectronic semiconductor chip e.g. a
  • LED chip light-emitting diode
  • LEDs Essentially defined by its band gap. Therefore, LEDs only emit light in a narrow spectral
  • Conversion elements consists in a significant dispersion of the light emitted by the semiconductor chip to the in the
  • Ceramic conversion materials are known, wherein the ceramic material consists of a phosphor and is applied to the light exit side of an LED chip.
  • the ceramic material consists of a phosphor and is applied to the light exit side of an LED chip.
  • several ceramic layers can be used, each layer a specific
  • the emitted radiation of this conversion element has a high angle dependence.
  • An optoelectronic component which has an optoelectronic semiconductor chip and an optoelectronic semiconductor chip arranged on the optoelectronic semiconductor chip
  • the conversion element comprises a matrix material comprising a glass frit and a first phosphor and cavities embedded in the glass frit. In the cavities of the matrix material, a second phosphor is arranged.
  • the matrix material comprising the glass frit into which the first phosphor is embedded and the cavities may also be referred to as a porous glass frit, that is to say a glass frit
  • Fluorescent is embedded, exist or more
  • the cavities may be at least partially connected to each other
  • the glass frit can be used as main component of Si0 2, B 2 O 3, P 2 O 5, Ge0 2, As 2 0 3, As 2 0 5, MgO, A1 2 0 3, Ti0 2, PbO and / or ZnO
  • the glass frit in addition to the main component alkali and / or alkaline earth metal oxides such as Na 2 0, K 2 0, CaO, SrO and BaO.
  • the glass frit may consist of the main component and an alkali and / or
  • Alkaline earth metal exist.
  • the glass frit consists of Si0 2 and Na 2 0.
  • the optoelectronic semiconductor chip is emitted, for example, from the optoelectronic semiconductor chip, at least partially absorb and
  • the conversion elements contain phosphors which contain luminescent materials. If only a portion of the primary radiation is absorbed by the phosphors, this process will be considered partial conversion designated.
  • the wavelength of the primary and secondary radiation can vary within the UV to IR range, wherein the wavelength of the secondary radiation is greater than the wavelength of the primary radiation.
  • the optoelectronic semiconductor chip can be used, for example, as a light-emitting diode with one on an arsenide,
  • Phosphide and / or nitride compound semiconductor material system based semiconductor layer sequence to be carried out with an active, light-generating region.
  • the optoelectronic component with the semiconductor chip and the conversion element may furthermore, for example, on a support and / or in a housing or encapsulation
  • lead frame a so-called lead frame
  • the optoelectronic semiconductor chip emits a primary radiation, wherein the conversion element is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the first phosphor converts the primary radiation at least partially into a first one
  • Secondary radiation and the second phosphor converts the primary radiation at least partially into a second one
  • the total emission of the optoelectronic component is thus a superposition of the primary radiation, the first one
  • the first phosphor includes rare earth doped garnets. In a preferred embodiment, the first phosphor
  • the first phosphor may be doped with an activator selected from the group consisting of cerium, europium,
  • neodymium neodymium, terbium, erbium, praseodymium, samarium, and manganese. Examples of these are cerium-doped
  • Yttrium aluminum garnets and cerium-doped lutetium aluminum garnets are cerium-doped lutetium aluminum garnets.
  • the second phosphor may be selected from a group including silicate compounds, sulfide compounds, nitrides,
  • the invention is thus not limited to the use of an inorganic compound as a second phosphor.
  • organic compounds laser dyes, e.g.
  • the second phosphor may be embedded in a polymer.
  • the polymer may be a transparent adhesive.
  • the term "transparent" means that the adhesive is largely or completely permeable to the radiation emitted by the optoelectronic component.
  • low-viscosity silicones can be used as the polymer or transparent adhesive Matrix material are completely filled with the polymer and are therefore free of air. Because of the better
  • the optoelectronic device increases. That is, at least some, in particular all, of the cavities can be completely filled within the manufacturing tolerance with the mixture of the second phosphor and polymer or transparent adhesive. In particular, it is possible that the
  • Glue is glued to the outer surface of a semiconductor chip. Also at this point, the polymer or the
  • Primary radiation and thus disposed on a light exit side of the semiconductor chip, has according to a
  • Embodiment in a range between 50 and 200 ym, more preferably between 80 and 150 ym. This ensures on the one hand a certain stability of the device during the manufacturing process and on the other hand does not exceed a certain thickness to the device
  • the conversion element can by means of a transparent
  • Adhesive may be mounted on the semiconductor chip. It can the conversion element may be mounted on the semiconductor chip by means of an adhesive layer containing or consisting of the transparent adhesive.
  • the transparent adhesive is a silicone.
  • the transparent adhesive may have a structural similarity to the transparent adhesive in which the second phosphor is embedded, but one
  • the adhesive layer comprises a transparent adhesive that is identical to the transparent adhesive in which the second phosphor
  • Adhesive layer are made over the adhesive containing the second phosphor which is in the cavities of the
  • Matrix material is arranged and also reaches the surface of the matrix material via pores, which reach up to the surface of the matrix material.
  • the adhesive layer may contain the second phosphor. It is possible that the adhesive layer consists of the transparent adhesive and the second phosphor.
  • the primary radiation is from the ultraviolet to blue spectral range, the first
  • the first and second phosphors can convert the ultraviolet to blue primary radiation completely or partially into the respective secondary radiation.
  • the superimposition of all three radiations, or complete conversion, of the two secondary radiations produces a warm white light impression.
  • the spectrum of the emitted light can by the concentration of the first and second
  • Fluorescent can be varied.
  • the color of the radiation emitted by the optoelectronic component can be regulated by additionally applying to the conversion element a layer of a polymer in which the second phosphor is embedded.
  • the thickness of such an additional layer, as well as the concentration of the second phosphor within this layer may vary depending on
  • Radiation and depending on the second phosphor be selected from the range 1 nm to 50 ym and 0.1 to 70 weight percent based on the polymer. Is the second phosphor on?
  • the thickness may be selected from a range of 1 to 10 ym and the concentration may be selected within a range of 1 to 10 weight percent.
  • Phosphor is a quantum dot or an organic compound, the thickness may range from 1 to 10 nm and the concentration may range from 0.01 to 0.5
  • Weight percent for example, 0.05 weight percent
  • the homogeneous distribution of the second phosphor within the cavities of the matrix material ensures homogeneous color mixing of the primary radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chip and the second secondary radiation emitted by the first phosphor and by the second phosphor or with complete conversion of the first and second phosphors emitted by the first phosphor emitted second secondary radiation
  • the matrix material has a higher overall thermal conductivity than, for example, a pure silicone matrix, thereby providing efficient heat dissipation during operation of the
  • the concentration of the first phosphor and of the second phosphor can vary depending on the desired hue, the radiation emitted by the component and, depending on the choice of the first and second luminescent material, from 0.1 to 70
  • the concentration may be one
  • the concentration may be selected from a range of 1 to 10% by weight.
  • the concentration of the first phosphor may range from 1 to 10% by weight
  • the method comprises the following method steps: A) providing a semiconductor chip, e.g. an LED chip, B) producing a conversion element and C) arranging the
  • method step B) comprises the method steps B1) producing a matrix material comprising a glass frit, a first phosphor embedded in the glass frit and cavities, and B2) arranging a second phosphor in the cavities of the matrix material.
  • molten glass is mixed with the first phosphor, pulverized and sintered.
  • the sintering may take place at a temperature between 200 and 1000 ° C, for example at 400 ° C.
  • the sintering process is below the melting temperature of the glass.
  • the size of the cavities can through the
  • the size of the cavities may be in the ym range, whereas the size of the cavities may be in the nm range when using organic molecules and quantum dots.
  • the second phosphor can be mixed with a solvent and introduced into the cavities
  • the solvent can evaporate and / or be evaporated.
  • the evaporation can depending on the solvent at temperatures between 20 ° C and 100 ° C.
  • the introduction of the second phosphor into the cavities may be at least partially under the
  • the solvent can be selected from a group comprising toluene, acetone, pentane, Cl-benzene, isopropanol, heptane and xylene.
  • Process step B2) applied an electric field.
  • Cavities of the matrix material, if the second phosphor has a charge can be amplified. This can do that
  • Matrix material are placed in a container filled with a solvent.
  • the solvent used is isopropanol.
  • the matrix material is in contact with a metallic, electrically conductive carrier.
  • Matrix material filled with a polymer The polymer has a higher thermal conductivity than air, which ensures more efficient cooling during electrical operation.
  • the second phosphor embedded in a polymer is introduced into the cavities of the matrix material. This can, for example, with partial use of
  • the advantage of this embodiment is that the use of a solvent to to introduce the second phosphor into the cavities of the matrix material is not needed and thus the
  • this adhesive can also be simultaneously attached to the matrix material on the optoelectronic semiconductor chip. Due to the combination of a matrix material that one
  • Matrix material a chemical reaction between the two phosphors during process step B) is at least largely avoided because the second phosphor only after completion of the process step Bl) in another
  • Process step B2) is introduced into the cavities of the matrix material.
  • the matrix material For example, one possible
  • step Bl Temperatures that are applied during sintering in step Bl) avoided. Furthermore, the second phosphor will otherwise not experience high temperatures, e.g. through contact with liquid glass.
  • a second phosphor can also be selected a material which is unstable at high temperatures, and therefore for a sintering process, as he, for example, in
  • Process step Bl) can be performed is unsuitable.
  • the first phosphor on the other hand, can be a material
  • the completed conversion element is placed on the
  • the conversion element in method step C) can be glued onto the semiconductor chip by means of a transparent adhesive.
  • a transparent adhesive layer is arranged on the semiconductor chip in method step C), on which the conversion element can be arranged.
  • the matrix material is positioned over the semiconductor chip, wherein the second phosphor is introduced with the adhesive by pressing the matrix material on the semiconductor chip in the cavities of the matrix material.
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • FIG. 2 shows the schematic side view of FIG
  • FIG. 3 shows the schematic side view of FIG
  • Figure 4 shows the schematic side view of a
  • FIG. 5 shows the schematic side view of FIG
  • Figure 6 shows the schematic side view of a
  • Optoelectronic device according to one embodiment.
  • identical, identical or equivalent elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but may individually elements, such as layers, components, components and areas may be exaggerated in size for ease of illustration and / or understanding.
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • Optoelectronic semiconductor chip 5 are arranged on a support 4 and a conversion element 1 on the semiconductor chip 5.
  • the optoelectronic semiconductor chip 5 is contacted in this example by the first contact 2 and the second contact 6.
  • FIGS. 4 and 6 which respectively show embodiments of optoelectronic components 14, for the sake of clarity, carrier 4, encapsulation 3 and contacts 2,6 are not shown.
  • FIG. 1 A possible manufacturing method for a matrix material is shown in FIG.
  • the mixture of powdered first phosphor 8 and glass powder 7 is sintered in a further step B12.
  • the size of the cavities 10 can be determined by the temperature during the sintering process, as well as the grain size of the powdered glass 7 and the first used
  • Phosphor 8 can be influenced in powder form.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of FIG
  • the second adhesive 11 containing the transparent adhesive 12 is disposed on the light exit side 13 of the optoelectronic semiconductor chip 5. Subsequently, by the application of pressure, the matrix material 9 with the
  • Optoelectronic semiconductor chip 5 are connected, which is indicated by the arrows in Figure 3.
  • the matrix material 9 has cavities 10 which, inter alia, project on its outer surface, so that the transparent substance 12 containing the second phosphor 11 can penetrate into these cavities 10. This process can be promoted by occurring capillary forces.
  • Complete filling of the cavities 10 with the second adhesive 11 containing the transparent adhesive 12 may also be carried out an additional pressurization, the pressure is so great that the cavities 10 are completely filled with adhesive 12 and the second phosphor In this process step is simultaneously made the conversion element 1, ie the second
  • Figure 4 shows the schematic side view of a
  • Embodiment The component is produced by the method described with reference to FIGS. 2 and 3, such that the second phosphor 11, which in turn is embedded in the transparent adhesive 12, is arranged in the cavities 10 of the matrix material 9. Between the optoelectronic
  • Semiconductor chip 5 and the conversion element 1 thus arises a thin adhesive layer of the second phosphor 11 containing transparent adhesive 12, which establishes the connection between the conversion element 1 and the optoelectronic semiconductor chip 5.
  • the optoelectronic semiconductor chip 5 During operation of the optoelectronic component 14, the optoelectronic semiconductor chip 5 generates upon supply of
  • the first phosphor 8 contained in the matrix material 9 at least partially converts the primary radiation into a first secondary radiation in the yellow-green spectral range.
  • the second converts
  • Phosphor 11 at least partially the primary radiation into a second secondary radiation in the red spectral range.
  • the superposition of all three radiations becomes a warm white
  • the spectrum of the emitted light of the optoelectronic component 14 may include, in addition to the conversion element 1, a further layer containing the second phosphor 11 and the transparent adhesive 12, which may be on the
  • Conversion element 1 is arranged to fine-tune the color impression of the radiation emitted by the optoelectronic component 14 depending on the application (not shown here).
  • Figure 5 shows the schematic side view of a
  • the second phosphor 11 is contained in a container 15 containing a solution and / or suspension 16 of the second phosphor 11 in toluene, acetone, pentane, Cl-benzene, isopropanol, heptane, xylene or a combination of these solvents,
  • the matrix material 9 is at least partially immersed in the solution and / or suspension 16.
  • the solution and / or suspension 16 can diffuse via the cavities 10 on the surface of the matrix material 9 in the cavities 10, which is at least partially due to occurring
  • the matrix material 9 is removed again from the container 15 and the solvent and / or suspension 16 in the cavities 10 can evaporate and / or be vaporized.
  • the second phosphor 11 remains within the cavities 10 of the
  • this process can also - if the second phosphor 11 a
  • the cavities 10 are then filled with a polymer, for example an adhesive 12 (not shown here).
  • a polymer for example an adhesive 12 (not shown here).
  • FIG. 6 shows the schematic side view of an optoelectronic component 14 according to FIG.
  • the conversion element 1 via an adhesive layer 18, which contains a transparent adhesive on the light exit side 13 of the optoelectronic
  • the adhesive layer 18 of thickness between 1 and 50 ym contains, for example, the transparent adhesive 12, for example silicones.
  • Conversion element 1 filled with a polymer 17 in which the second phosphor 11 is embedded.
  • Optoelectronic component emitted radiation, in addition, a layer of the second phosphor 11 containing polymer 17 on the conversion element. 1
  • Concentration of the second phosphor 11 is introduced into the cavities of the glass frit.
  • a second layer of the polymer 17 containing the second phosphor 11, for example a transparent adhesive 12 to the conversion element 1, the spectrum of the
  • emitted light of the optoelectronic component 14 can be adjusted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (14) aufweisend einen optoelektronischen Halbleiterchip (5) und ein auf dem optoelektronischen Halbleiterchip (5) angeordnetes Konversionselement (1). Das Konversionselement (1) umfasst ein Matrixmaterial (9) aufweisend eine Glasfritte (7), einen in die Glasfritte (7) eingebetteten ersten Leuchtstoff (8) und Hohlräume (10), sowie einen in den Hohlräumen (10) des Matrixmaterials (9) angeordneten zweiten Leuchtstoff (11). Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauelements (14) angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements . Die Wellenlänge des emittierten Lichts eines einen
optoelektronischen Halbleiterchip, z.B. eine
lichtemittierende Diode (LED-Chip) , enthaltenden
optoelektronischen Bauelements wird durch die
Materialeigenschaften des Halbleitermaterials, im
Wesentlichen durch dessen Bandlücke, festgelegt. Daher emittieren LEDs nur Licht in einem schmalen spektralen
Bereich. Für die Herstellung verschieden farbiger LEDs können einerseits diverse Halbleitermaterialien oder alternativ hierzu sogenannte Konversionselemente verwendet werden.
Für die Herstellung herkömmlicher Konversionselemente werden Polymermaterialien, z.B. Silikon, in die ein Leuchtstoff eingebettet ist, verwendet. Ein Nachteil dieser
Konversionselemente besteht in einer erheblichen Streuung des von dem Halbleiterchip emittierten Lichts an den in der
Polymermatrix eingebetteten LeuchtstoffPartikeln, was eine reduzierte Leuchtkraft des Bauelements zur Folge hat. Des Weiteren entsteht bei der Wellenlängenkonversion und während des Betriebs des LED-Chips Wärme. Sofern die Wärme nur unzureichend abgeführt wird, hat diese eine Reduktion der Leuchtstärke und der Lebensdauer der LED zur Folge. Eine herkömmliche Polymermatrix weist lediglich eine geringe
Wärmeleitfähigkeit auf (< lW/mK) . Weiterhin sind keramische Konversionsmaterialien bekannt, wobei das Keramikmaterial aus einem Leuchtstoff besteht und auf die Lichtaustrittseite eines LED-Chips aufgebracht wird. Hierfür können auch mehrere Keramikschichten verwendet werden, wobei jede einzelne Schicht einen bestimmten
Leuchtstoff aufweisen kann. Dabei besteht das Problem, dass es während des Sinterns der Keramikmaterialien zu einer chemischen Reaktion zwischen den einzelnen Leuchtstoffen kommen kann. Dadurch wird die Konversionseffizienz
verringert. Des Weiteren weist die emittierte Strahlung dieses Konversionselements eine hohe Winkelabhängigkeit auf.
Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserten
Eigenschaften bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Diese
Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Bauelements und des
Verfahrens sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, das einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein auf dem optoelektronischen Halbleiterchip angeordnetes
Konversionselement aufweist. Das Konversionselement umfasst ein Matrixmaterial, das eine Glasfritte, sowie einen in die Glasfritte eingebetteten ersten Leuchtstoff und Hohlräume umfasst. In den Hohlräumen des Matrixmaterials ist ein zweiter Leuchtstoff angeordnet. Das Matrixmaterial, das die Glasfritte, in die der erste Leuchtstoff eingebettet ist, und die Hohlräume umfasst, kann auch als poröse Glasfritte bezeichnet werden, also eine
Glasfritte die Poren bzw. Hohlräume enthält. Dabei kann das Matrixmaterial aus der Glasfritte, in die der erste
Leuchtstoff eingebettet ist, bestehen oder weitere
Bestandteile neben der Glasfritte aufweisen. Die Hohlräume können zumindest teilweise miteinander verbunden sein
und/oder an die Oberfläche des Konversionselements
heranreichen. Unter Hohlräumen sollen hier und im Folgenden auch Kapillaren, Kanäle und Poren verschiedener Ausformungen verstanden werden.
Die Glasfritte kann als Hauptbestandteil Si02, B2O3, P2O5, Ge02, As203, As205, MgO, A1203, Ti02, PbO und/oder ZnO
enthalten oder aus diesen Materialien bestehen. Bevorzugt handelt es sich um eine niedrigschmelzende Glasfritte. Zur Senkung der Schmelztemperatur kann die Glasfritte neben dem Hauptbestandteil Alkali- und/oder Erdalkalimetalloxide wie Na20, K20, CaO, SrO und BaO enthalten. Die Glasfritte kann aus dem Hauptbestandteil und einem Alkali- und/oder
Erdalkalimetalloxid bestehen. Beispielsweise besteht die Glasfritte aus Si02 und Na20. Als Konversionselemente werden im Folgenden Bauteile
bezeichnet, die eine sogenannte Primärstrahlung, die
beispielsweise von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittiert wird, zumindest teilweise absorbieren und
anschließend eine sogenannte Sekundärstrahlung wieder emittieren können. Dazu enthalten die Konversionselemente Leuchtstoffe, die lumineszierende Materialien beinhalten. Wenn nur ein Teil der Primärstrahlung von den Leuchtstoffen absorbiert wird, wird dieser Prozess als partielle Konversion bezeichnet. Die Wellenlänge der Primär- und Sekundärstrahlung kann dabei innerhalb des UV bis IR Bereichs variieren, wobei die Wellenlänge der Sekundärstrahlung größer ist, als die Wellenlänge der Primärstrahlung.
Der optoelektronische Halbleiterchip kann beispielsweise als lichtemittierende Diode mit einer auf einem Arsenid-,
Phosphid- und/oder Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialsystem basierenden Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven, Licht erzeugenden Bereich ausgeführt sein. Derartige
Halbleiterchips sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt.
Das optoelektronische Bauelement mit dem Halbleiterchip und dem Konversionselement kann weiterhin beispielsweise auf einem Träger und/oder in einem Gehäuse bzw. Verguss
angeordnet sein und mittels elektrischen Anschlüssen, beispielsweise über einen so genannten Leiterrahmen,
elektrisch kontaktierbar sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung emittiert der optoelektronische Halbleiterchip eine Primärstrahlung, wobei das Konversionselement im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet ist. Dabei konvertiert der erste Leuchtstoff die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine erste
Sekundärstrahlung und der zweite Leuchtstoff konvertiert die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine zweite
Sekundärstrahlung. Die Wellenlänge der beiden
Sekundärstrahlungen ist dabei voneinander verschieden. Die Gesamtemission des optoelektronischen Bauelements ist somit eine Überlagerung der Primärstrahlung, der ersten
Sekundärstrahlung und der zweiten Sekundärstrahlung, oder - bei vollständiger Konversion - der ersten und zweiten Sekundärstrahlung, was jeweils für einen äußeren Betrachter einen warmweißen Lichteindruck erzeugen kann.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Leuchtstoff mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der erste Leuchtstoff
Yttriumaluminiumoxid (YAG) , Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und/oder Terbiumaluminiumoxid (TAG) umfassen. Darüber hinaus kann der erste Leuchtstoff mit einem Aktivator dotiert sein, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Cer, Europium,
Neodym, Terbium, Erbium, Praseodym, Samarium, und Mangan umfasst. Beispiele hierfür sind Cer-dotierte
Yttriumaluminium-Granate und Cer-dotierte Lutetiumaluminium- Granate .
Der zweite Leuchtstoff kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Silikatverbindungen, Sulfidverbindungen, Nitride,
Granate, organische Verbindungen, Quantenpunkte und
Kombinationen daraus umfasst. Die Erfindung ist somit nicht auf die Verwendung einer anorganischen Verbindung als zweiten Leuchtstoff beschränkt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als organische Verbindungen Laserfarbstoffe, z.B.
Perylene und als Quantenpunkte CdSe und/oder InP verwendet. Gemäß einer Ausführungsform kann der zweite Leuchtstoff in einem Polymer eingebettet sein. Bei dem Polymer kann es sich um einen transparenten Klebstoff handeln. Hier und im
Folgenden ist unter „transparent" in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass der Klebstoff für die vom optoelektronischen Bauelement emittierte Strahlung weitgehend oder vollständig durchlässig ist. Als Polymer beziehungsweise transparenter Klebstoff können beispielsweise niederviskose Silikone eingesetzt werden. Damit können die Hohlräume des Matrixmaterials vollständig mit dem Polymer ausgefüllt werden und sind somit frei von Luft. Aufgrund der besseren
Wärmeleitfähigkeit des Polymers, im Vergleich zu Luft, wird dadurch die Entwärmung während des elektrischen Betriebs sichergestellt und somit die Lebensdauer des
optoelektronischen Bauelements erhöht. Das heißt, zumindest manche, insbesondere alle, der Hohlräume können im Rahmen der Herstellungstoleranz vollständig mit der Mischung aus zweiter Leuchtstoff und Polymer bzw. transparenten Klebstoff gefüllt sein. Insbesondere ist es möglich, dass das
Konversionselement mit dem Polymer bzw. transparenten
Klebstoff auf die Außenfläche eines Halbleiterchips geklebt wird. Auch an dieser Stelle kann das Polymer bzw. der
transparenter Klebstoff dann mit Partikeln des zweiten
Leuchtstoffs gefüllt sein.
Das Konversionselement, das in dem Strahlengang der
Primärstrahlung, und somit auf einer Lichtaustrittseite des Halbleiterchips, angeordnet ist, weist gemäß einer
Ausführungsform räumliche Abmessungen auf, die den
Abmessungen der Lichtaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterchips entsprechen. Die Dicke des
Konversionselements liegt in einer bevorzugten
Ausführungsform in einem Bereich zwischen 50 und 200 ym, besonders bevorzugt zwischen 80 und 150 ym. Damit wird einerseits eine gewisse Stabilität der Vorrichtung während des Herstellungsprozesses gewährleistet und andererseits eine gewisse Dicke nicht überschritten, um die Vorrichtung
beispielsweise in Dünnschichtelektroniken verarbeiten zu können.
Das Konversionselement kann mittels eines transparenten
Klebstoffs auf dem Halbleiterchip befestigt sein. Dabei kann das Konversionselement mittels einer Klebeschicht, die den transparenten Klebstoff enthält oder daraus besteht, auf dem Halbleiterchip befestigt sein. In einer Ausführungsform ist der transparente Klebstoff ein Silikon. Der transparente Klebstoff kann eine strukturelle Ähnlichkeit zu dem transparenten Klebstoff aufweisen, in dem der zweite Leuchtstoff eingebettet ist, jedoch eine
unterschiedliche Viskosität aufweisen.
In einer Ausführungsform umfasst die Klebeschicht einen transparenten Klebstoff, der identisch zu dem transparenten Klebstoff gewählt ist, in dem der zweite Leuchtstoff
eingebettet und in den Hohlräumen des Matrixmaterials
angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann die
Klebeschicht über den, den zweiten Leuchtstoff enthaltenden Klebstoff hergestellt werden, der in den Hohlräumen des
Matrixmaterials angeordnet ist und über Poren, die bis an die Oberfläche des Matrixmaterials heranreichen, ebenfalls an die Oberfläche des Matrixmaterials heranreicht. In dieser
Ausführungsform kann die Klebeschicht den zweiten Leuchtstoff enthalten. Es ist möglich, dass die Klebeschicht aus dem transparenten Klebstoff und dem zweiten Leuchtstoff besteht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Primärstrahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich, die erste
Sekundärstrahlung aus dem gelb-grünen Spektralbereich und die zweite Sekundärstrahlung aus dem roten Spektralbereich ausgewählt. Der erste und zweite Leuchtstoff können die ultraviolette bis blaue Primärstrahlung vollständig oder partiell in die jeweilige Sekundärstrahlung konvertieren. Die Überlagerung aller drei Strahlungen, oder bei vollständiger Konversion, der beiden Sekundärstrahlungen, erzeugt einen warmweißen Lichteindruck. Das Spektrum des emittierten Lichts kann durch die Konzentration des ersten und zweiten
Leuchtstoffs variiert werden. Zusätzlich kann die Farbe der vom optoelektronischen Bauelement emittierten Strahlung reguliert werden, indem auf das Konversionselement zusätzlich eine Schicht eines Polymers aufgetragen wird, in dem der zweite Leuchtstoff eingebettet ist. Die Dicke einer solchen zusätzlichen Schicht, sowie die Konzentration des zweiten Leuchtstoffs innerhalb dieser Schicht kann je nach
gewünschtem Farbton der von dem Bauelement emittierten
Strahlung und je nach zweitem Leuchtstoff ausgewählt sein aus dem Bereich 1 nm bis 50 ym und 0,1 bis 70 Gewichtsprozent bezogen auf das Polymer. Ist der zweite Leuchtstoff ein
Nitrid oder ein Granat, kann die Dicke aus einem Bereich von 1 bis 10 ym und die Konzentration aus einem Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent ausgewählt sein. Ist der zweite
Leuchtstoff ein Quantenpunkt oder eine organische Verbindung, kann die Dicke aus einem Bereich von 1 bis 10 nm und die Konzentration aus einem Bereich von 0,01 bis 0,5
Gewichtsprozent, beispielsweise 0,05 Gewichtsprozent
ausgewählt sein.
Die homogene Verteilung des zweiten Leuchtstoffs innerhalb der Hohlräume des Matrixmaterials gewährleistet eine homogene Farbmischung der vom optoelektronischen Halbleiterchip emittierten Primärstrahlung und der vom ersten Leuchtstoff emittierten ersten und vom zweiten Leuchtstoff emittierten zweiten Sekundärstrahlung oder bei vollständiger Konversion, der vom ersten Leuchtstoff emittierten ersten und vom zweiten Leuchtstoff emittierten zweiten Sekundärstrahlung
miteinander.
Mit einem Brechungsindex der Glasfritte des Matrixmaterials (nd = 1,7), im Vergleich zu einer Keramik (nd = 2,2), wird eine verbesserte Auskopplung des Lichts an Luft aus dem
Konversionselement gewährleistet .
Das Matrixmaterial weist eine höhere Gesamtwärmeleitfähigkeit als beispielsweise eine reine Silikonmatrix auf, wodurch eine effiziente Entwärmung während des Betriebs des
optoelektronischen Bauelements gewährleistet wird. Dadurch kann beispielsweise thermisches Quenchen reduziert werden. Die Konzentration des ersten Leuchtstoffs und des zweiten Leuchtstoffs kann je nach gewünschtem Farbton, der von dem Bauelement emittierten Strahlung und je nach Wahl des ersten und zweiten Leuchtstoffs aus dem Bereich 0,1 bis 70
Gewichtsprozent bezogen auf das Matrixmaterial ausgewählt sein. Ist der zweite Leuchtstoff ein Quantenpunkt oder eine organische Verbindung, kann die Konzentration aus einem
Bereich von 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent ausgewählt sein. Ist der zweite Leuchtstoff ein Nitrid oder ein Granat, kann die Konzentration aus einem Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent ausgewählt sein. Die Konzentration des ersten Leuchtstoffs kann aus einem Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent
ausgewählt sein.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: A) Bereitstellen eines Halbleiterchips, z.B. eines LED-Chips, B) Herstellen eines Konversionselements und C) Anordnen des
Konversionselements auf dem Halbleiterchip. Dabei umfasst der Verfahrensschritt B) die Verfahrensschritte Bl) Herstellen eines Matrixmaterials aufweisend eine Glasfritte, einen in die Glasfritte eingebetteten ersten Leuchtstoff und Hohlräume und B2) Anordnen eines zweiten Leuchtstoffs in den Hohlräumen des Matrixmaterials. Mit diesem Verfahren kann ein optoelektronisches Bauelement gemäß den obigen Ausführungen hergestellt werden. Die obigen Ausführungen bezüglich des optoelektronischen Bauelements gelten für das mit dem
Verfahren hergestellte Bauelement analog.
Für die Herstellung des Matrixmaterials wird gemäß einer Ausführungsform im Verfahrensschritt Bl) geschmolzenes Glas mit dem ersten Leuchtstoff vermischt, pulverisiert und gesintert. Das Sintern kann bei einer Temperatur zwischen 200 und 1000 °C, beispielsweise bei 400 °C stattfinden.
Alternativ hierzu kann im Verfahrensschritt Bl)
pulverförmiges Glas und der erste Leuchtstoff, der in
Pulverform vorliegt, miteinander gemischt und gesintert werden. Bei dieser Ausführungsform erfolgt der Sinterprozess unterhalb der Schmelztemperatur des Glases.
Die Ausgestaltung der Struktur des Matrixmaterials,
insbesondere die Größe der Hohlräume, kann durch die
Temperatur und die Korngröße des verwendeten oder
hergestellten Glaspulvers im Verfahrensschritt Bl)
beeinflusst werden. Daher ist es möglich, die Größe der
Hohlräume an die Größe des zweiten Leuchtstoffs anzupassen. Bei der Verwendung anorganischer Verbindungen als zweiten Leuchtstoff, kann die Größe der Hohlräume im ym-Bereich liegen, wohingegen die Größe der Hohlräume bei der Verwendung von organischen Molekülen und Quantenpunkten im nm-Bereich liegen kann. Im Verfahrensschritt B2) kann der zweite Leuchtstoff mit einem Lösungsmittel vermischt und in die Hohlräume
eingebracht werden. Anschließend kann das Lösungsmittel verdampfen und/oder verdampft werden. Die Verdampfung kann abhängig vom Lösungsmittel bei Temperaturen zwischen 20 °C und 100 °C erfolgen. Das Einbringen des zweiten Leuchtstoffs in die Hohlräume kann zumindest teilweise unter der
Ausnutzung von Kapillarkräften erfolgen. Das Lösungsmittel kann dabei aus einer Gruppe umfassend Toluol, Aceton, Pentan, Cl-Benzol, Isopropanol, Heptan und Xylol ausgewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird während des
Verfahrensschrittes B2) ein elektrisches Feld angelegt.
Dadurch kann das Anordnen des zweiten Leuchtstoffs in den
Hohlräumen des Matrixmaterials, sofern der zweite Leuchtstoff eine Ladung aufweist, verstärkt werden. Dazu kann das
Matrixmaterial in einen mit einem Lösungsmittel befüllten Behälter angeordnet werden. In einer Ausführungsform wird als Lösungsmittel Isopropanol verwendet. Das Matrixmaterial ist dabei in Kontakt mit einem metallischen, elektrisch leitenden Träger. Durch Anlegen einer Spannung wird die Diffusion der geladenen Leuchtstoffpartikel in die Hohlräume des
Matrixmaterials verstärkt
In einem nach dem Verfahrensschritt B2) stattfindenden
Verfahrensschritt B3) werden die Hohlräume des
Matrixmaterials mit einem Polymer aufgefüllt. Das Polymer weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft auf, was eine effizientere Entwärmung während des elektrischen Betriebs gewährleistet .
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrensschrittes B2) wird der in einem Polymer eingebettete zweite Leuchtstoff in die Hohlräume des Matrixmaterials eingebracht. Das kann beispielsweise unter teilweiser Ausnutzung von
Kapillarkräften erfolgen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Verwendung eines Lösungsmittels, um den zweiten Leuchtstoff in die Hohlräume des Matrixmaterials einzubringen, nicht benötigt wird und somit der
Verfahrensschritt bezüglich der Verdampfung des
Lösungsmittels eingespart wird. Sofern ein den zweiten
Leuchtstoff enthaltender transparenter Klebstoff in die
Hohlräume eingebracht wird, kann mit diesem Klebstoff auch gleichzeitig das Matrixmaterial auf dem optoelektronischen Halbleiterchip befestigt werden. Aufgrund der Kombination eines Matrixmaterials, dass eine
Glasfritte, einen ersten Leuchtstoff, der in die Glasfritte eingebettet ist, und Hohlräume umfasst und der Anordnung eines zweiten Leuchtstoffs in den Hohlräumen des
Matrixmaterials, wird eine chemische Reaktion zwischen beiden Leuchtstoffen während des Verfahrensschrittes B) zumindest weitgehend vermieden, da der zweite Leuchtstoff erst nach Abschluss des Verfahrensschritts Bl) in einem weiteren
Verfahrensschritt B2) in die Hohlräume des Matrixmaterials eingebracht wird. Beispielsweise wird eine mögliche
Degradation des zweiten Leuchtstoffs aufgrund hoher
Temperaturen, die während des Sinterns im Verfahrensschritt Bl) angewandt werden, vermieden. Weiterhin erfährt der zweite Leuchtstoff auch sonst keine hohen Temperaturen, z.B. durch den Kontakt mit flüssigem Glas.
Somit kann als zweiter Leuchtstoff auch ein Material gewählt werden, welches bei hohen Temperaturen instabil ist, und daher für einen Sinterprozess , wie er beispielsweise im
Verfahrensschritt Bl) durchgeführt werden kann, ungeeignet ist. Der erste Leuchtstoff kann dagegen ein Material
aufweisen, das ähnlich wie das verwendete Glas eine Oxid- Verbindung umfassen kann und eine hohe Stabilität bei hohen Temperaturen aufweist. Dadurch kann die Degradation beider Leuchtstoffe zumindest weitgehend vermieden werden,
hohe Effizienz des optoelektronischen Bauelements
gewährleistet .
Das fertig gestellte Konversionselement wird auf dem
optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet. Dabei kann das Konversionselement im Verfahrensschritt C) mittels eines transparenten Klebstoffs auf den Halbleiterchip geklebt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt C) auf dem Halbleiterchip eine transparente Klebeschicht angeordnet, auf die das Konversionselement angeordnet werden kann .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das
Konversionselement mittels des im Verfahrensschritt B3) in die Hohlräume gefüllten transparenten Klebstoffs, in den der zweite Leuchtstoff eingebettet ist und der über die Poren des Matrixmaterials bis an die Oberfläche des Matrixmaterials heranreicht, auf den Halbleiterchip geklebt werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Verfahrensschritte B2) und C) , in der diese Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden, kann ein den zweiten Leuchtstoff
enthaltender transparenter Klebstoff auf den
optoelektronischen Halbleiterchip aufgebracht sein, bevor er in die Hohlräume des Matrixmaterials eingebracht wird.
Anschließend wird das Matrixmaterial über dem Halbleiterchip positioniert, wobei der zweite Leuchtstoff mit dem Klebstoff durch Drücken des Matrixmaterials auf den Halbleiterchip in die Hohlräume des Matrixmaterials eingebracht wird. Dabei wird gleichzeitig das Konversionselement mit dem
optoelektronischen Halbleiterchip verbunden. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelments,
Figur 2 zeigt die schematische Seitenansicht von
Verfahrensschritten zur Herstellung eines Matrixmaterials de Konversionselements des optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
Figur 3 zeigt die schematische Seitenansieht von
Verfahrensschritten zur HerStellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
Figur 4 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
Figur 5 zeigt die schematische Seitenansicht von
Verfahrensschritten zur Herstellung eines
Konversionselementes gemäß einer Ausführungsform,
Figur 6 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzeln Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements 14, bei dem der
optoelektronische Halbleiterchip 5 auf einem Träger 4 und ein Konversionselement 1 auf dem Halbleiterchip 5 angeordnet sind. Der optoelektronische Halbleiterchip 5 ist in diesem Beispiel durch die erste Kontaktierung 2 und die zweite 6 Kontaktierung kontaktiert. Der optoelektronische
Halbleiterchip 5 und das Konversionselement 1 sind in einem Verguss 3 eingebettet, der beispielsweise aus T1O2 gebildet sein kann. In den folgenden Figuren 4 und 6, die jeweils Ausführungsformen von optoelektronischen Bauelementen 14 zeigen, sind der Übersichtlichkeit halber Träger 4, Verguss 3 und Kontaktierungen 2,6 nicht gezeigt.
Ein mögliches Herstellungsverfahren für ein Matrixmaterial ist in Figur 2 dargestellt. Es werden ein pulverförmiges Glas 7 und der erste Leuchtstoff 8 in Pulverform in einem Schritt Bll miteinander vermengt. Die Mischung aus pulverförmigem ersten Leuchtstoff 8 und Glaspulver 7 wird in einem weiteren Schritt B12 gesintert. Dabei entsteht ein Matrixmaterial 9, das eine Glasfritte 7, in die ein erster Leuchtstoff 8 eingebettet ist, und Hohlräume 10 einer spezifischen Größe aufweist. Die Größe Der Hohlräume 10 kann dabei über die Temperatur während des Sinterprozesses, sowie die verwendete Korngröße des pulverförmigen Glases 7 und des ersten
Leuchtstoffs 8 in Pulverform beeinflusst werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht von
Verfahrensschritten zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Dabei wird der zweite Leuchtstoff 11 zusammen mit einem Polymer zum Beispiel ein transparenter Klebstoff 12, wie ein Silikon, in die
Hohlräume 10 des Matrixmaterials 9 eingebracht. Der den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltende transparente Klebstoff 12 ist auf der Lichtaustrittsseite 13 des optoelektronischen Halbleiterchips 5 angeordnet. Anschließend kann durch die Anwendung von Druck das Matrixmaterial 9 mit dem
optoelektronischen Halbleiterchip 5 verbunden werden, was durch die eingezeichneten Pfeile in Figur 3 angedeutet ist. Das Matrixmaterial 9 weist Hohlräume 10 auf, die unter anderem an dessen Außenfläche ragen, sodass der den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltende transparente Klebstoff 12 in diese Hohlräume 10 eindringen kann. Dieser Prozess kann durch auftretende Kapillarkräfte begünstigt werden. Für ein
vollständiges Auffüllen der Hohlräume 10 mit dem den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltenden transparenten Klebstoff 12 kann darüber hinaus auch eine zusätzliche Druckbeaufschlagung erfolgen, wobei der Druck so groß ist, dass die Hohlräume 10 vollständig mit Klebstoff 12 und dem zweiten Leuchtstoff befüllt werden In diesem Verfahrensschritt wird gleichzeitig das Konversionselement 1 hergestellt, also der zweite
Leuchtstoff 11 in die Hohlräume 10 des Matrixmaterials 9 eingelagert, und das Konversionselement 1 auf dem
optoelektronischen Halbleiterchip 5 befestigt.
Figur 4 zeigt die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements 14 gemäß einer
Ausführungsform. Das Bauelement ist mit den bezüglich Figuren 2 und 3 beschriebenen Verfahren hergestellt, sodass in den Hohlräumen 10 des Matrixmaterials 9 der zweite Leuchtstoff 11 angeordnet ist, der wiederum in dem transparenten Klebstoff 12 eingebettet ist. Zwischen dem optoelektronischen
Halbleiterchip 5 und dem Konversionselement 1 entsteht somit eine dünne Klebeschicht des den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltenden transparenten Klebstoffs 12, die die Verbindung zwischen dem Konversionselement 1 und dem optoelektronischen Halbleiterchip 5 herstellt.
Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements 14 erzeugt der optoelektronische Halbleiterchip 5 bei Zufuhr von
elektrischer Energie eine blaue bis ultraviolette
Primärstrahlung. Diese tritt durch die Lichtaustrittsseite 13 aus. Die Primärstrahlung gelangt anschließend durch die dünne Klebeschicht des den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltenden transparenten Klebstoffs 12, sowie durch das Matrixmaterial 9, in dessen Hohlräumen 10 der zweite Leuchtstoff 11
angeordnet ist. Der in dem Matrixmaterial 9 enthaltene erste Leuchtstoff 8 konvertiert die Primärstrahlung zumindest partiell in eine erste Sekundärstrahlung im gelben-grünen Spektralbereich. Zusätzlich konvertiert der zweite
Leuchtstoff 11 zumindest partiell die Primärstrahlung in eine zweite Sekundärstrahlung im roten Spektralbereich. Aus der Überlagerung aller drei Strahlungen wird eine warmweiße
Gesamtstrahlung generiert, welche von dem optoelektronischen Bauelement 14 emittiert wird.
Das Spektrum des emittierten Lichts des optoelektronischen Bauelements 14 kann zusätzlich zu dem Konversionselement 1 eine weitere Schicht enthaltend den zweiten Leuchtstoff 11 und den transparenten Klebstoff 12, die auf dem
Konversionselement 1 angeordnet wird, um den Farbeindruck der vom optoelektronischen Bauteil 14 emittierten Strahlung je nach Anwendung feinabzustimmen (hier nicht gezeigt) .
Figur 5 zeigt die schematische Seitenansicht eines
Verfahrensschritts zur Herstellung eines Konversionselementes gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei erfolgen die Einbringung des zweiten Leuchtstoffs 11 in die Hohlräume 10 des Matrixmaterials 9, sowie die Anordnung des
Konversionselements 1 auf der Lichtaustrittsseite 13 des optoelektronischen Halbleiterchips 5 getrennt voneinander (die Anordnung ist in Figur 5 nicht gezeigt) . Der zweite Leuchtstoff 11 wird in einem Behälter 15, der eine Lösung und/oder Suspension 16 des zweiten Leuchtstoffs 11 in Toluol, Aceton, Pentan, Cl-Benzol, Isopropanol, Heptan, Xylol oder einer Kombination dieser Lösungsmittel enthält,
bereitgestellt. Das Matrixmaterial 9 wird zumindest teilweise in die Lösung und/oder Suspension 16 eingetaucht. Die Lösung und/oder Suspension 16 kann dabei über die Hohlräume 10 an der Oberfläche des Matrixmaterials 9 in dessen Hohlräume 10 eindiffundieren, was zumindest teilweise durch auftretende
Kapillarkräfte verstärkt wird. Nach einer Zeitdauer wird das Matrixmaterial 9 wieder aus dem Behälter 15 entfernt und das Lösungsmittel und/oder Suspension 16 in den Hohlräumen 10 kann verdampfen und/oder verdampft werden. Dabei bleibt der zweite Leuchtstoff 11 innerhalb der Hohlräume 10 des
Matrixmaterials 9 zurück.
Für eine effiziente Einlagerung des zweiten Leuchtstoffs 11 innerhalb der Hohlräume 10 des Matrixmaterials 9 kann dieser Prozess auch - sofern der zweite Leuchtstoff 11 eine
elektrische Ladung aufweist - durch das Anlegen eines
elektrischen Feldes begünstigt werden.
Zur Vermeidung von Luft als schlechten Wärmeleiter werden die Hohlräume 10 anschließend mit einem Polymer, beispielsweise einem Klebstoff 12 aufgefüllt (hier nicht gezeigt). Die
Auffüllung erfolgt durch Befüllen, Eintauchen oder Molden. Figur 6 zeigt die schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 14 gemäß einer
Ausführungsform. Hier ist das Konversionselement 1 über eine Klebeschicht 18, die einen transparenten Klebstoff enthält auf der Lichtaustrittsseite 13 des optoelektronischen
Halbleiterchips 5 mit diesem verbunden. Die Klebeschicht 18 einer Dicke zwischen 1 und 50 ym enthält beispielsweise den transparenten Klebstoff 12, beispielsweise Silikone. In dieser Ausführungsform sind die Hohlräume 10 des
Konversionselements 1 mit einem Polymer 17 befüllt, in dem der zweite Leuchtstoff 11 eingelagert ist.
Sollte der Bedarf einer Regulierung der Farbe der vom
optoelektronischen Bauelement emittierten Strahlung bestehen, kann zusätzlich eine Schicht des den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltenden Polymers 17 auf das Konversionselement 1
aufgetragen werden (hier nicht gezeigt) . In einer
Ausführungsform wird von vornherein eine zu geringe
Konzentration des zweiten Leuchtstoffs 11 in die Hohlräume der Glasfritte eingebracht. Durch das Aufbringen einer zweiten Schicht des den zweiten Leuchtstoff 11 enthaltenden Polymers 17, beispielsweise ein transparenter Klebstoff 12 auf das Konversionselement 1 kann das Spektrum des
emittierten Lichts des optoelektronischen Bauelements 14 angepasst werden.
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. Es werden die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen DE102014101804.4 und DE102013114337.7 beansprucht, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Konversionselement
2 erste Kontaktierung
3 Verguss
4 Träger
5 optoelektronischer Halbleiterchip
6 zweite Kontaktierung
7 Glas
8 Erster Leuchtstoff
9 Matrixmaterial
10 Hohlraum
11 Zweiter Leuchtstoff
12 Klebstoff
13 Lichtaustrittsseite
14 optoelektronisches Bauelement
15 Behälter
16 Lösung/Suspension
17 Polymer
18 Klebeschicht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (14) aufweisend einen optoelektronischen Halbleiterchip (5) und ein auf dem
optoelektronischen Halbleiterchip angeordnetes
Konversionselement (1), wobei das Konversionselement (1)
- ein Matrixmaterial (9), das eine Glasfritte (7), einen in die Glasfritte (7) eingebetteten ersten Leuchtstoff (8) und Hohlräume (10) umfasst, und
- einen in den Hohlräumen des Matrixmaterials angeordneten zweiten Leuchtstoff (11) aufweist.
2. Optoelektronisches Bauelement (14) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Leuchtstoff (11) in einem Polymer
(17) und/oder einen transparenten Klebstoff (12) eingebettet ist und zumindest manche der Hohlräume (10) vollständig mit dem zweiten Leuchtstoff (11) und dem Polymer (17) und/oder dem transparenten Klebstoff (12) ausgefüllt sind.
3. Optoelektronisches Bauelement (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische
Halbleiterchip (5) eine Primärstrahlung emittiert, das
Konversionselement (1) im Strahlengang des Halbleiterchips (5) angeordnet ist und der erste Leuchtstoff (8) zumindest teilweise die Primärstrahlung in eine erste Sekundärstrahlung konvertiert und der zweite Leuchtstoff (11) zumindest
teilweise die Primärstrahlung in eine zweite
Sekundärstrahlung konvertiert.
4. Optoelektronisches Bauelement (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leuchtstoff (8) mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate umfasst.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Leuchtstoff (11) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Silikat-,
Sulfidverbindungen, Nitride, Granate, organische
Verbindungen, Quantenpunkte und Kombinationen daraus umfasst.
6. Optoelektronisches Bauelement (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Leuchtstoff (11) in einem Polymer (17) eingebettet ist.
7. Optoelektronisches Bauelement (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionselement (1) mittels eines transparenten Klebstoffs (12) auf dem
optoelektronischen Halbleiterchip (5) befestigt ist.
8. Optoelektronisches Bauelement (14) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärstrahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich, die erste
Sekundärstrahlung aus dem gelb-grünen Spektralbereich und die zweite Sekundärstrahlung aus dem roten Spektralbereich ausgewählt sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (14) mit den Verfahrensschritten
A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (5) ,
B) Herstellen eines Konversionselements (1), und
C) Anordnen des Konversionselements (1) auf dem
Halbleiterchip (5) ,
wobei der Verfahrensschritt B) die Schritte
Bl) Herstellen eines Matrixmaterials (9) aufweisend eine Glasfritte (7), einen in die Glasfritte (7) eingebetteten ersten Leuchtstoff (8) und Hohlräume (10), und B2) Anordnen eines zweiten Leuchtstoffs (11) in den
Hohlräumen (10) der Glasfritte (7)
aufweist .
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in
Verfahrensschritt Bl) geschmolzenes Glas (7) mit dem ersten Leuchtstoff (8) vermischt, pulverisiert und gesintert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in Verfahrensschritt Bl) pulverförmiges Glas (7) und ein pulverförmiger erster
Leuchtstoff (8) vermischt und gesintert werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei im Verfahrensschritt B2) der zweite Leuchtstoff (11) mit einem Lösungsmittel (16) vermischt und in die Hohlräume (10) eingebracht wird und anschließend das Lösungsmittel (16) verdampft und/oder verdampft wird.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei im Verfahrensschritt B2) ein elektrisches Feld angelegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, weiterhin aufweisend einen nach dem Verfahrensschritt B2)
stattfindenden Verfahrensschritt B3) Füllen der Hohlräume (10) mit einem Polymer (17) .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei im Verfahrensschritt B2) der in einem Polymer (17) und/oder transparenten Klebstoff (12) eingebettete zweite Leuchtstoff (11) in die Hohlräume (10) des Matrixmaterials (9)
eingebracht wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt C) das Konversionselement (1) mittels eines transparenten Klebstoffs (12) auf den Halbleiterchip (5) geklebt wird.
PCT/EP2014/078263 2013-12-18 2014-12-17 Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements WO2015091670A1 (de)

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US15/100,532 US20160300985A1 (en) 2013-12-18 2014-12-17 Optoelectronic Device and Method for Producing an Optoelectronic Device
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DE102013114337.7 2013-12-18
DE102013114337 2013-12-18
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