Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode

5 Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode angegeben .

Die Druckschrift US 2006/0182969 beschreibt ein Pulver, das zur Beschichtung mittels thermischen Spritzens geeignet ist. 0

Die Druckschrift WO 2006/082170 beschreibt ein Verfahren zum KaItgasspritzen.

Die Druckschrift DE 20 2009 000 537 beschreibt eine Anlage für 5 die Plasma-Abscheidung.

Ein zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode anzugeben, das besonders einfach und Kosten sparend durchführbar ist.

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Gemäß einer Ausführungsform eines hier beschriebenen Verfahrens wird zunächst ein Leuchtdiodenchip bereitgestellt, der einen Halbleiterkörper umfasst. Der Leuchtdiodenchip ist beispielsweise zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung

!5 im Wellenlängenbereich von UV-Strahlung und/oder blauem Licht geeignet. Der Leuchtdiodenchip umfasst einen Halbleiterkörper, der epitaktisch gewachsene Halbleiterschichten umfassen kann. Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper vorzugsweise zumindest einen aktiven Bereich, in dem im Betrieb der

!0 Leuchtdiode elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Der Leuchtdiodenchip kann einzeln oder im Waferverbund bereitgestellt werden. Das heißt, es kann auch eine Vielzahl von Leuchtdiodenchips bereitgestellt werden, die noch nicht vereinzelt sind, sondern im Waferverbund, das heißt in einer Scheibe mit einer Vielzahl von Leuchtdiodenchips, vorliegen.

5 Gemäß zumindest einer Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens wird ein Lumineszenzkonversionsmaterial auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht. Bei dem Lumineszenzkonversionsmaterial handelt es sich um ein Material, das zur Absorption von elektromagnetischer Strahlung

0 und Re-Emission von elektromagnetischer Strahlung mit längerer Wellenlänge als die absorbierte elektromagnetische Strahlung geeignet ist. Das Lumineszenzkonversionsmaterial wird vorzugsweise auf eine Außenfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht, derart, dass zumindest ein Teil der im Betrieb

5 der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischer Strahlung auf das Lumineszenzkonversionsmaterial trifft. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial auf eine

Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips aufgebracht !0 wird. Das Lumineszenzkonversionsmaterial kann die

Strahlungsaustrittsfläche dann stellenweise oder vollständig bedecken .

Vorliegend wird das Lumineszenzkonversionsmaterial mittels !5 thermischen Spritzens aufgebracht. Beim thermischen Spritzen handelt es sich um ein Oberflächenbeschichtungsverfahren . Beim thermischen Spritzen werden Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einen Gasstrom in Form von SO Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Körpers geschleudert. Die Oberfläche des zu beschichtenden Körpers wird dabei nicht aufgeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Eine Schichtbildung des aufgespritzten Materials findet statt, da das aufgespritzte Material - zum Beispiel in Form von Partikeln - beim Auftreffen auf den zu beschichtenden Körper prozess- und 5 materialabhängig mehr oder minder abgeflacht wird und vorrangig durch mechanische Verklammerung am Körper haften bleibt und lagenweise eine gespritzte Schicht aufbaut.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines hier beschriebenen 0 Verfahrens wird zunächst ein Leuchtdiodenchip bereitgestellt, der einen Halbleiterkörper umfasst. Anschließend wird ein Lumineszenzkonversionsmaterial auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers mittels thermischen Spritzens aufgebracht, derart dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode 5 erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das Lumineszenzkonversionsmaterial trifft .

Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial ohne Verbindungsmaterial oder

!0 Matrixmaterial in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper tritt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Konversion von elektromagnetischer Strahlung erzeugte Wärme gut abgeleitet werden kann, da keine beispielsweise organische Matrix zwischen den Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials

!5 vorhanden ist.

Bei dem Lumineszenzkonversionsmaterial handelt es sich vorzugsweise um eine Lumineszenzkonversionsmaterial, das zur Abwärtskonversion (englisch: down-conversion) geeignet ist. SO Das heißt, das Lumineszenzkonversionsmaterial absorbiert elektromagnetische Strahlung und re-emittiert elektromagnetische Strahlung mit größeren Wellenlängen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens wird das Lumineszenzkonversionsmaterial statt direkt auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers auf die Außenfläche eines Trägers mittels thermischen Spritzens

5 aufgebracht. Bei dem Träger handelt es sich um einen strahlungsdurchlässigen Träger, der zumindest für einen Teil der im Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung und/oder der durch das Lumineszenzkonversionsmaterial konvertierten

0 elektromagnetischen Strahlung durchlässig ist. In einem zusätzlichen Verfahrensschritt wird der Träger an einer Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips derart angeordnet, dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das

5 Lumineszenzkonversionsmaterial trifft. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Träger auf der Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips befestigt wird oder der Strahlungsaustrittsfläche in einer Abstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips nachgeordnet wird.

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Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines hier beschriebenen Verfahrens wird zunächst ein Leuchtdiodenchip umfassend einen Halbleiterkörper bereitgestellt. Ferner wird ein strahlungsdurchlässiger Träger bereitgestellt. Auf die

!5 Außenfläche des Trägers wird ein

Lumineszenzkonversionsmaterial aufgebracht. Das Lumineszenzkonversionsmaterial wird mittels thermischen Spritzens aufgebracht. Der mit dem Lumineszenzkonversionsmaterial beschichtete Träger wird an

!0 einer Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips angeordnet, derart, dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das Lumineszenzkonversionsmaterial trifft .

Vorteilhafterweise steht das Lumineszenzkonversionsmaterial 5 mit dem Träger in direktem Kontakt und es befindet sich kein weiteres Material - zum Beispiel ein Matrixmaterial - zwischen den Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials, so dass bei der Konversion erzeugte Wärme besonders effizient an den Träger abgeführt werden kann. 0

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger mit einem der folgenden Materialien gebildet: Keramik, Halbleitermaterial, Glas, Kunststoff. Der Träger kann beispielsweise zumindest eines der genannten Materialien 5 enthalten oder aus einem der genannten Materialien bestehen. Der Träger kann beispielsweise als flexible Folie ausgebildet sein, die als Plättchen auf die Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips aufgebracht werden kann. Die Außenfläche des Trägers kann stellenweise oder vollständig mit dem !0 Lumineszenzkonversionsmaterial beschichtet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem thermischen Spritzen um ein Kaltgasspritzen. Beim Kaltgasspritzen handelt es sich um eine Unterform des !5 thermischen Spritzens.

Beim Kaltgasspritzen wird ein Beschichtungswerkstoff, der zum Beispiel in Pulverform vorliegt, mit hoher Geschwindigkeit auf den zu beschichtenden Körper aufgebracht. Dazu wird ein auf !0 wenige 100 Grad Celsius aufgeheiztes Prozessgas durch

Expansion in einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend werden die Partikel des Beschichtungswerkstoffs in den Gasstrahl injiziert. Die injizierten Spritzpartikel werden dabei auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder

5 Aufschmelzen beim Aufprall auf den zu beschichtenden Körper eine dichte und fest haftende Schicht bilden. Die kinetische Energie zum Zeitpunkt des Aufpralls der Partikel des Beschichtungswerkstoffs auf den Körper reicht für ein vollständiges Aufschmelzen der Partikel nicht aus. Beim

0 Kaltgasspritzen handelt es sich um eine besonders schonende Möglichkeit, Lumineszenzkonversionsmaterial direkt auf einen Halbleiterkörper oder auf die Außenfläche eines Trägers aufzubringen .

5 Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem thermischen Spritzen um eine Nanopulver- Plasma-Abscheidung. Dieses Verfahren beruht auf dem Prinzip des Atmosphärenplasma-Spritzens . Mittels dieses Verfahrens können Partikel mit einem mittleren Durchmesser im

!0 Nanometerbereich abgeschieden werden. Der Träger oder der

Halbleiterkörper erfahren dabei keine Erwärmung. Der mittlere Durchmesser der abgeschiedenen Partikel beträgt dabei zum Beispiel zwischen 1 nm und 10 μm.

!5 Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials einen mittleren Durchmesser zwischen 1 nm und 20 μm auf.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst !0 das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen anorganischen Leuchtstoff. Bei dem anorganischen Leuchtstoff kann es sich beispielsweise um einen der folgenden Leuchtstoffe handeln: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte

5 Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte

Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte

0 Aluminiumoxynitride .

Die beschriebenen Leuchtstoffe verfügen beispielsweise über eine Absorption im Bereich von ultravioletter oder blauer Primärstrahlung und weisen eine Fluoreszenz im sichtbaren, zum 5 Beispiel gelbem, Spektralbereich auf.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen organischen Leuchtstoff. Beispielsweise umfasst das

!0 Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen der folgenden organischen Leuchtstoffe: Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine, Azo-Farbstoff, Terrylen-Farbstoff, Quaterrylen- Farbstoff, Naphthalimid-Farbstoff, Cyanin-Farbstoff, Xanthen- Farbstoff, Oxazin-Farbstoff, Anthracen-Farbstoff, Naphthacen-

!5 Farbstoff, Anthrachinon-Farbstoff, Thiazin-Farbstoff .

Es ist möglich, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial nur anorganische oder nur organische Leuchtstoffe umfasst. Insbesondere ist es auch möglich, dass das

SO Lumineszenzkonversionsmaterial genau einen Leuchtstoff umfasst . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen anorganischen Leuchtstoff und einen organischen Leuchtstoff. Das Lumineszenzkonversionsmaterial kann dabei zumindest einen

5 der oben genannten organischen Leuchtstoffe und zumindest einen der oben genannten anorganischen Leuchtstoffe umfassen. Die Kombination aus organischen und anorganischen Leuchtstoffen kann bewirken, dass die Streuwirkung des anorganischen Leuchtstoffs zu einer gesteigerten

0 Absorptionswahrscheinlichkeit im organischen Leuchtstoff führt. Die Leuchtstoffe können dabei derart ausgewählt werden, dass beide Leuchtstoffe elektromagnetische Strahlung, welche vom Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugt wird, absorbieren und elektromagnetische Strahlung jeweils einer voneinander

5 unterschiedlichen Farbe reemittieren. Auf diese Weise ist eine Leuchtdiode realisiert, deren emittiertes - beispielsweise weißes Licht - einen besonders hohen Farbwiedergabewert aufweist .

!0 Unterschiedliche Leuchtstoffe - beispielsweise organische und anorganische Leuchtstoffe können dabei gleichzeitig, das heißt gemischt, aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, dass Schichten mit unterschiedlichen Leuchtstoffen übereinander aufgebracht werden. Beispielsweise besteht eine erste,

!5 Halbleiterkörper oder dem Träger zugewandte Schicht aus einem anorganischen Leuchtstoff, während eine zweite, auf der ersten Schicht angeordnete Schicht, aus einem anderen anorganischen Leuchtstoff oder einem organischen Leuchtstoff besteht.

SO Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Lumineszenzkonversionsmaterial nach dem Aufbringen auf den Halbleiterkörper oder dem Träger stellenweise entfernt. Das Entfernen kann beispielsweise durch Schleifen, Polieren oder mittels Laserabtrag des aufgebrachten

Lumineszenzkonversionsmaterials erfolgen. Durch das Entfernen kann die Schichtdicke sowie die Strukturierung der Schicht aus 5 Lumineszenzkonversionsmaterial eingestellt werden. Es ist dadurch möglich, dass der Farbort des von der Leuchtdiode emittierten Mischlichts besonders genau eingestellt werden kann .

0 Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .

Die Figuren IA, IB, IC und 2 zeigen anhand schematischer 5 Schnittdarstellungen unterschiedliche

Verfahrensschritte von hier beschriebenen Verfahren.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren

!0 und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

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Die Figur IA zeigt anhand einer schematischen

Schnittdarstellung einen ersten Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens. Bei dem Verfahren wird ein Leuchtdiodenchip 1 bereitgestellt. Der Leuchtdiodenchip 1

SO umfasst einen Halbleiterkörper 10. Der Halbleiterkörper 10 umfasst unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten 11, 13 zwischen denen ein aktiver Bereich 12 angeordnet ist. Der aktive Bereich 12 ist im Betrieb des Leuchtdiodenchips 1 zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung 4 (vergleiche dazu auch die Figur IC) vorgesehen.

5 Der Halbleiterkörper 10 umfasst eine Strahlungsaustrittsfläche 14, die beispielsweise aufgeraut sein kann. Die Aufrauung der Strahlungsaustrittsfläche 14 kann zu einer Erhöhung der Austrittswahrscheinlichkeit von im aktiven Bereich 12 erzeugter elektromagnetischer Strahlung 4 führen.

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Beispielsweise mittels einer Düse 2 wird durch thermisches Spritzen, zum Beispiel durch Kaltspritzen, Lumineszenzkonversionsmaterial 3 auf die Strahlungsdurchtrittsflache 14 des Halbleiterkörpers 10

5 aufgebracht. Das Lumineszenzkonversionsmaterial 3 umfasst beispielsweise einen keramischen Leuchtstoff, der als Pulver oder Suspension einer Energiequelle, zum Beispiel einem Lichtbogen, einem Plasma, oder einem Laser zugeführt, aufgeschmolzen, im Gasstrom beschleunigt und auf die !0 Strahlungsdurchtrittsflache 14 abgeschieden wird. Bei dem keramischen Leuchtstoff kann es sich zum Beispiel um eines der folgenden dotierten Granate handeln: YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAGiCe, LuAGiCe

!5 Die mittlere Partikelgröße der Leuchtstoffe beträgt beispielsweise zwischen 1 μm und 50 μm, zum Beispiel zwischen 2 μm und 15 μm. Kleinere Partikelgrößen zum Beispiel im Bereich von 2 μm führen dabei zum Beispiel zu dunkleren Leuchtdioden, die sich aber durch eine hohe Farbhomogenität

!0 auszeichnen. Größere Partikelgrößen zum Beispiel im Bereich von 15 μm führen aufgrund der geringeren Streuwirkung zu helleren Leuchtdioden. Aus der schematischen Schnittdarstellung der Figur IB ist ersichtlich, dass nach Abschluss des Aufbringens des Lumineszenzkonversionsmaterials 3 eine Schicht des Lumineszenzkonversionsmaterials 3 auf die

5 Strahlungsdurchtrittsflache 14 des Halbleiterkörpers 10 des Leuchtdiodenchips 1 aufgebracht ist.

In der Figur IC ist der Leuchtdiodenchip 1 nach einem Entfernen eines Teils der Schicht aus

0 Lumineszenzkonversionsmaterial 3 dargestellt. Beispielsweise wird ein Teil des Lumineszenzkonversionsmaterials 3 durch Schleifen oder Polieren entfernt, um eine glatte und gleichmäßige Außenfläche der Schicht mit Lumineszenzkonversionsmaterial 3 zu erzeugen.

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Im Betrieb im aktiven Bereich 12 erzeugte elektromagnetische Strahlung 4 tritt in das Lumineszenzkonversionsmaterial 3 und wird dort teilweise in konvertierte elektromagnetische Strahlung 5 konvertiert. Die derart hergestellte Leuchtdiode !0 kann beispielsweise Mischlicht aus direkt erzeugter elektromagnetischer Strahlung und konvertierter elektromagnetischer Strahlung 5 erzeugen.

Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 2 ist !5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen

Verfahrens näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Lumineszenzkonversionsmaterial 3 auf die Außenfläche eines Trägers 6 aufgebracht, der für im aktiven Bereich 12 des Leuchtdiodenchips 1 erzeugter elektromagnetischer Strahlung 4 SO durchlässig ist. Der derart beschichtete Träger 6 kann anschließend an der Strahlungsdurchtrittsflache 14 am Leuchtdiodenchip 1 befestigt werden. Beispielsweise kann der Träger 6 mittels eines optischen Klebers, mittels Silikon oder mittels eines Glases ein am Leuchtdiodenchip 1 befestigt werden. Bei dem Glas kann es sich um ein niedrig schmelzendes Glas oder um ein Glas aus einem Sol-Gel-Prozess handeln. Ein Entfernen eines Teils der Schicht aus Lumineszenzkonversionsmaterial 3 ist vor oder nach dem Aufbringen auf dem Leuchtdiodenchip 1 möglich.

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.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102009022682.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.