Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden

Halbleiterbauteilen und lichtemittierendes Halbleiterbauteil

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Halbleiterbauteilen angegeben. Darüber hinaus wird ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren

anzugeben, mit dem kompakte Konversionselemente für

lichtemittierende Halbleiterbauteile effizient herstellbar sind . Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte

Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil hergestellt. Bei dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil handelt es sich zum Beispiel um eine Leuchtdiode, kurz LED, oder um eine

Laserdiode. In diesem Fall weist das lichtemittierende

Halbleiterbauteil als Lichtquelle einen Leuchtdiodenchip oder Laserdiodenchip auf. Alternativ wird mit dem Verfahren ein Konversionselement, ohne eigene Primärlichtquelle,

hergestellt .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Bereitstellens zumindest einer Glaskapillare auf. Die Glaskapillare ist aus einem Glasmaterial gebildet.

Glaskapillare bedeutet insbesondere, dass die Glaskapillare röhrenförmig gestaltet ist. Ein Querschnitt der Glaskapillare kann dabei rechteckig oder rund sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Glaskapillare mit einem oder mit mehreren Leuchtstoffen befüllt. Dabei kann die Glaskapillare vollständig oder, bevorzugt, nur zum Teil mit dem Leuchtstoff aufgefüllt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren den Schritt des Versiegeins der Glaskapillare auf. Das Versiegeln erfolgt in einem Versiegelungsbereich. In dem

Versiegelungsbereich ist die Glaskapillare somit

verschlossen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Versiegelung der Glaskapillare eine hermetische Abdichtung. Insbesondere wird durch die Versiegelung eine Abdichtung gegen

Feuchtigkeit und Sauerstoff erzielt. Diffusionskoeffizienten von Sauerstoff und Feuchtigkeit durch die Versiegelung hindurch sind dabei bevorzugt kleiner als die zugehörigen Diffusionskoeffizienten durch unbehandelte Außenwände der Glaskapillare hindurch. Insbesondere liegt eine mittlere Dicke der Versiegelung oberhalb einer mittleren Wandstärke der Außenwände der unbehandelten Glaskapillare.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Versiegeln durch ein Aufschmelzen oder zumindest Erweichen des

Glasmaterials der Glaskapillare. Somit wird die Glaskapillare dann durch das Glasmaterial selbst verschlossen. Ein

zusätzliches Versiegelungsmaterial ist in diesem Fall nicht erforderlich . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mindestens ein Teil der versiegelten Glaskapillare an wenigstens einen lichtemittierenden Halbleiterchip, insbesondere an einen Leuchtdiodenchip, aufgebracht. Das Aufbringen ist

beispielsweise ein Kleben. Alternativ ist es auch möglich, dass die Glaskapillare durch ein Anschmelzen des

Glasmaterials an den lichtemittierenden Halbleiterchip angebracht wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in dem fertigen Halbleiterbauteil im Betrieb von dem Leuchtdiodenchip eine Primärstrahlung emittiert. Die Primärstrahlung wird durch den Leuchtstoff teilweise oder vollständig in Licht einer

größeren Wellenlänge, insbesondere in sichtbares Licht, umgewandelt. Somit ist durch den mindestens einen Leuchtstoff ein Farbeindruck der von dem Halbleiterbauteil insgesamt emittierten Strahlung einstellbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Abstand zwischen dem Versiegelungsbereich und dem Leuchtstoff beim und bevorzugt auch nach dem Versiegeln der Glaskapillare bei höchstens 7 mm oder 4 mm oder 3 mm oder 1 mm. Mit anderen Worten erfolgt das Versiegeln nahe an dem Leuchtstoff. In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Halbleiterbauteilen eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

A) Bereitstellen zumindest einer Glaskapillare aus einem Glasmaterial,

B) Befüllen der Glaskapillare mit wenigstens einem

Leuchtstoff, C) Versiegeln der Glaskapillare in einem Versiegelungsbereich durch Aufschmelzen und/oder Erweichen des Glasmaterials, so dass die Glaskapillare durch das Glasmaterial selbst

verschlossen wird, wobei ein Abstand zwischen dem

Versiegelungsbereich und dem Leuchtstoff bei höchstens 4 mm liegt, und

D) Anbringen mindestens eines Teils der versiegelten

Glaskapillare an wenigstens einen lichtemittierenden

Halbleiterchip, bei dem es sich bevorzugt um einen

Leuchtdiodenchip handelt, so dass die im Betrieb von dem lichtemittierenden Halbleiterchip emittierte Strahlung durch den Leuchtstoff teilweise oder vollständig in Strahlung einer größeren Wellenlänge, bevorzugt in sichtbares Licht,

umgewandelt wird.

Bei herkömmlichen Leuchtstoffen für Leuchtdioden handelt es sich um anorganische, kristalline und/oder glasartige

Materialien wie beispielsweise YAG:Ce. Eine Anzahl anderer Leuchtstoffklassen wie Quantenpunkte oder organische

Leuchtstoffe versprechen jedoch viele Vorteile hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften gegenüber solchen herkömmlichen anorganischen Leuchtstoffen. Insbesondere weisen solche neueren Leuchtstoffe eine spektral schmalbandige Emission auf und eine Zentralwellenlänge der Leuchtstoffemission ist vergleichsweise leicht einstellbar.

Jedoch ist die Anwendbarkeit solcher neueren

Leuchtstoffklassen für Lichtquellen mit einer hohen

Lebensdauer bislang stark limitiert, da derartige

Leuchtstoffe üblicherweise eine hohe Empfindlichkeit

gegenüber Feuchtigkeit, Sauerstoff und Temperatureinwirkung aufzeigen. Daher sind solche Leuchtstoffe, insbesondere

Quantenpunkte, in einer qualitativ hochwertigen Verkapselung unterzubringen, um den Leuchtstoff langfristig vor Umwelteinflüssen zu schützen. Eine solche Verkapselung des Leuchtstoffs ist jedoch schwierig mit herkömmlichen

Verkapselungsmethoden, wie in der Leuchtdiodentechnik

angewandt. Eine herkömmliche Verkapselungsmethode besteht darin, einen Leuchtstoff in eine Silikonmatrix oder eine Epoxidmatrix einzubetten.

Bei ungeeigneter Verkapselung jedoch erfolgt eine

schwerwiegende Degradation solcher Leuchtstoffe und damit eine erhebliche Reduzierung der Lebensdauer des Leuchtstoffs und somit auch des Bauteils, in dem der Leuchtstoff verwendet wird. Zudem sind bei herkömmlichen Versiegelungsmethoden, mit denen eine qualitativ hochwertige Verkapselung erzeugt wird, üblicherweise hohe Temperaturen erforderlich, die einen solchen Leuchtstoff bereits beim Erzeugen der Verkapselung stark beeinträchtigen oder zerstören können.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich,

temperaturempfindliche Leuchtstoffe in Kapillaren aus einem Glas hochqualitativ zu versiegeln. Dabei sind sehr kompakte Konversionselemente erzielbar.

Andere Möglichkeiten, Leuchtstoffe zu versiegeln, bestehen darin, Leuchtstoffe in Glasgefäßen zu verkapseln. Solche

Glasgefäße weisen jedoch vergleichsweise große geometrische Abmessungen auf und sind daher in Verbindung mit dem Aufbau von Leuchtdioden nur eingeschränkt geeignet. Eine weitere Möglichkeit zur Versiegelung von Leuchtstoffen besteht darin, diesen zwischen Polymerfolien, die mit einem anorganischen Material beschichtet sind, einzubetten. Jedoch sind die

Kanten solcher Folien üblicherweise ungeschützt, was zu einer signifikanten Degradation des Leuchtstoffs über die Zeit hinweg führen kann. Durch die Eindiffusion von Feuchtigkeit oder Sauerstoff über einen Rand oder über Kanten der Folie hinweg sind auch minimale Abmessungen solcher Folien relativ groß .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Glaskapillare derart gestaltet, so dass zum Versiegeln und zum Aufschmelzen und/oder Erweichen des Glasmaterials nur eine vergleichsweise geringe Wärmemenge erforderlich ist. Dies ist insbesondere erreichbar durch kleine mittlere

Wandstärken der Glaskapillare.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Glaskapillare vor dem Schritt C) eine mittlere Wandstärke von höchstens 125 ym oder 100 ym oder 80 ym oder 55 ym auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Wandstärke bei mindestens 20 ym oder 40 ym. Mit anderen Worten kann es sich bei der

Glaskapillare dann um einen Glashohldraht handeln. Aufgrund der geringen mittleren Wandstärke ist es möglich, dass die Glaskapillare, ähnlich einem Lichtwellenleiter, mechanisch flexibel und biegbar ist, beispielsweise mit Krümmungsradien von 10 cm oder weniger oder von 5 cm oder weniger. Bevorzugt weist die Glaskapillare vor dem Schritt C) eine durchweg konstante Wandstärke auf und somit ohne signifikante

Dickenschwankungen .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine Dauer des Verfahrensschritts C) pro Versiegelungsbereich bei höchstens 6 s oder 4 s oder 2 s. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dauer pro Versiegelungsbereich bei mindestens 0,2 s oder 0,5 s oder 1 s. Dabei ist es möglich, dass mehrere

Versiegelungsbereiche parallel durch Aufschmelzen oder

Erweichen erzeugt werden. Durch diese geringe Verarbeitungsdauer ist eine thermische Belastung des

Leuchtstoffs nur gering.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich im

Verfahrensschritt B) der Leuchtstoff in einem flüssigen

Zustand. Dies kann bedeuten, dass der Leuchtstoff selbst aufgeschmolzen oder flüssig ist oder dass der Leuchtstoff in einem flüssigen Matrixmaterial eingebettet ist oder in einem Lösungsmittel vorliegt. Die den Leuchtstoff bildende

Flüssigkeit oder die den Leuchtstoff umfassende Flüssigkeit wird dann in die Glaskapillare eingebracht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt nach dem

Schritt B) ein Verfestigen des Leuchtstoffs und/oder des Matrixmaterials, in das der Leuchtstoff eingebettet ist.

Bevorzugt erfolgt das Verfestigen photochemisch oder durch einen Trocknungsprozess . Beispielsweise wird das

Matrixmaterial mit ultravioletter Strahlung photochemisch ausgehärtet. Ebenso ist es möglich, dass das Härten thermisch erfolgt. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Acrylat, ein Ormocer, ein Silikon, ein Epoxid oder ein Hybridmaterial. Ormocere sind etwa in der Druckschrift

WO 2013/156325 AI beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift hinsichtlich der Ormocere wird durch Rückbezug mit aufgenommen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das

Matrixmaterial oder der flüssige Leuchtstoff im Schritt B) einen Kontaktwinkel zu der Glaskapillare auf, der bei mindestens 55° oder 65° oder 75° oder 85° liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt der Kontaktwinkel bei höchstens 120° oder 105° oder 95°. Mit anderen Worten werden das

Matrixmaterial und das Glasmaterial derart aufeinander abgestimmt, so dass Kontaktwinkel aufgrund der

Oberflächenspannung des Leuchtstoffs und/oder des

Matrixmaterials ungefähr 90° betragen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus einer Länge der Glaskapillare und einem Durchmesser der

Glaskapillare in dem fertigen Halbleiterbauteil und/oder im Schritt D) bei mindestens 15 oder 20 oder 25. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 150 oder 100 oder 70.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der mindestens eine in Form einer Flüssigkeit vorliegende

Leuchtstoff mit einer Spritze in die Glaskapillare

eingespritzt. Dabei bewegt sich bevorzugt die Spritze entlang einer Längsachse der Glaskapillare, um den Leuchtstoff entlang der Glaskapillare gezielt zu verteilen. Alternativ zu einem Spritzverfahren ist es möglich, die Glaskapillare mit einem Unterdruckverfahren mit dem Leuchtstoff zu befüllen. Hierbei wird beispielsweise an einem Ende der Glaskapillare ein Unterdruck erzeugt, so dass sich von einem anderen Ende her ein Leuchtstoff in die Glaskapillare hinein bewegt.

Weiterhin ist es möglich, dass die Glaskapillare aufgrund von Kapillarkräften mit dem Leuchtstoff aufgefüllt wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich in der Glaskapillare nach dem Schritt B) abwechselnd mit dem

Leuchtstoff gefüllte Bereiche und mit einem Schutzgas

gefüllte Bereiche. Die verschiedenen Bereiche folgen

bevorzugt entlang der Längsachse abwechselnd aufeinander. Bei dem Schutzgas handelt es sich beispielsweise um Stickstoff oder um Argon. In den mit dem Schutzgas gefüllten Bereichen liegt bei Raumtemperatur bevorzugt Normaldruck vor. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Glasmaterial um ein Borsilikatglas. Borsilikatglas kann bedeuten, dass ein Masseanteil von Siliziumdioxid an dem Glasmaterial mindestens 70 % beträgt und ein Masseanteil von Bortrioxid mindestens 7 %. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Glasmaterial dann um ein chemikalienbeständiges Glas mit einer vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperatur. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die

Verarbeitungstemperatur des Glasmaterials im Schritt C) bei mindestens 500 °C oder 600 °C. Alternativ oder zusätzlich liegt die Verarbeitungstemperatur bei höchstens 900 °C oder 800 °C oder 700 °C. Bei der Verarbeitungstemperatur kann es sich um eine Schmelztemperatur oder eine

Glasübergangstemperatur des Glasmaterials handeln. Aufgrund der vergleichsweise hohen Verarbeitungstemperatur handelt es sich bei dem Glasmaterial insbesondere um kein Glaslot. Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem dem Glasmaterial um ein niederschmelzendes Glas. Eine

Verarbeitungstemperatur des Glasmaterials im Schritt C) liegt in diesem Fall bei mindestens 200 °C und/oder bei höchstens 500 °C.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform bleibt im Schritt C) die Glaskapillare als eine mechanische Einheit erhalten. Mit anderen Worten wird dann die Glaskapillare durch das

Versiegeln nicht in einzelne Abschnitte zerteilt.

Insbesondere kann die Glaskapillare eine mechanisch

selbsttragende Einheit bleiben, so dass durch die

Versiegelungsbereiche ein mechanischer Zusammenhalt der

Glaskapillare nicht oder nicht signifikant beeinträchtigt ist. Insbesondere erfolgt in Schritt C) kein Vereinzeln oder Abschmelzen. Alternativ hierzu kann im Schritt C) sowohl ein Versiegeln als auch ein Vereinzeln erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

Glaskapillare, zumindest vor dem Schritt C) , einen Innenraum auf, dessen mittlere Querschnittsfläche, insbesondere in Richtung senkrecht zur Längsachse, bei mindestens 0,2 mm x 0,3 mm oder 0,3 mm x 0,4 mm und/oder bei höchstens 3 mm x 1,5 mm oder 2 mm x 1 mm oder 1,5 mm x 0,8 mm oder 1,2 mm x 0,6 mm liegt. Die Querschnittsfläche beträgt insbesondere weniger als 4,5 mm ² oder 3 mm ² oder 1 mm ² und/oder mindestens 0,02 mm ² oder 0,1 mm ² oder 0,5 mm ² .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die

Querschnittsfläche des Innenraums ein Rechteck oder ein

Rechteck mit abgerundeten Ecken. Alternativ kann diese

Querschnittsfläche auch wie ein Kreis oder eine Ellipse geformt sein. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine äußere Umrissfläche der Glaskapillare, im Querschnitt gesehen, ein Rechteck oder ein Rechteck mit abgerundeten Ecken oder auch ein Halbkreis. Bevorzugt weist der äußere Umriss der

Glaskapillare, im Querschnitt gesehen, zumindest eine gerade verlaufende Begrenzungslinie auf, an der der zumindest eine lichtemittierende Halbleiterchip anbringbar ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das

Aufschmelzen oder Erweichen des Glasmaterials im Schritt C) mit zumindest einem externen, außerhalb der Glaskapillare liegenden elektrischen Heizdraht. Durch einen solchen

Heizdraht wird insbesondere ein Ring gebildet, durch den hindurch die Glaskapillare geführt wird. Jeweils in den Versiegelungsbereichen wird der Heizdraht aufgeheizt und damit die Verarbeitbarkeit des Glasmaterials bewirkt.

Alternativ zu einem Heizdraht kann das Erzeugen des

Versiegelungsbereichs auch durch eine Flamme, etwa durch eine Gasflamme, oder durch Laserstrahlung erfolgen. Insbesondere wird im Falle von Laserstrahlung nahinfrarote Laserstrahlung eingesetzt. Weiterhin alternativ ist es möglich, dass bereits die Glaskapillare selbst mit einem Heizdraht versehen ist, der in den späteren Versiegelungsbereichen angebracht ist.

Ein solcher Heizdraht der Glaskapillare kann zum Beispiel in dem Glasmaterial eingebettet sein oder an Außenwänden der Glaskapillare aufgebracht sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt B) mehrere verschiedene Leuchtstoffe in die Glaskapillare eingebracht. Dabei liegen die Leuchtstoffe, entlang der

Längsachse der Glaskapillare, bevorzugt voneinander getrennt vor. Die verschiedenen Leuchtstoffe können sich dabei

berühren oder durch einen Zwischenraum, insbesondere gefüllt mit dem Schutzgas, voneinander separiert sein. Die

verschiedenen Leuchtstoffe sind beispielsweise dazu

eingerichtet, aus der Strahlung des Leuchtdiodenchips

unterschiedlich farbiges Licht zu erzeugen, beispielsweise blaues Licht, grünes Licht und/oder rotes Licht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt E) . In dem Schritt E) wird die Glaskapillare zu Konversionselementen vereinzelt. Dieser Schritt E) folgt bevorzugt dem Schritt C) und/oder dem Schritt D) nach.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Vereinzeln im Schritt E) in den Versiegelungsbereichen. Dabei bleibt die Versiegelung bevorzugt beiderseits einer Trennlinie, entlang der die Vereinzelung erfolgt, intakt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind entlang der

Längsachse mehrere der Versiegelungsbereiche vorhanden, insbesondere zumindest drei oder zehn oder 20

Versiegelungsbereiche. Zwischen benachbarten

Versiegelungsbereichen kann sich je ein Teil des in die

Glaskapillare eingefüllten Leuchtstoffs befinden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind sowohl entlang der Längsrichtung als auch entlang einer Querachse mehrere der Vereinzelungsbereiche vorhanden sind. Die Querachse ist dabei bevorzugt senkrecht zur Längsachse orientiert. Somit liegt eine zweidimensionale Anordnung von Bereichen mit dem

Leuchtstoff vor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die

zweidimensionale Anordnung von Leuchtstoffbereichen im

Schritt D) ein zweidimensionales Feld von Leuchtdiodenchips aufgebracht. Die Leuchtdiodenchips können dabei einzeln aufgebracht werden oder, bevorzugt, im Verbund, sodass die Leuchtdiodenchips beispielsweise an einer Leiterplatte vormontiert sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt B) in die Glaskapillare zumindest ein Indikator für das

Vorhandensein von Feuchtigkeit, Sauerstoff oder erhöhter Temperatur eingebracht. Alternativ kann dieses Einbringen bereits vor dem Schritt B) erfolgen. Über den Indikator ist feststellbar, ob in der Glaskapillare Feuchtigkeit vorliegt oder ob in die Glaskapillare Sauerstoff eingedrungen ist. Ebenso kann über einen Indikator überwacht werden, ob eine für den Leuchtstoff zulässige Höchsttemperatur im Rahmen des Herstellungsverfahrens eingehalten wurde.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden vor oder im Schritt B) in die Glaskapillare ein oder mehrere

Einfangmaterialien eingebracht. Durch das mindestens eine Einfangmaterial ist bevorzugt Sauerstoff und/oder

Feuchtigkeit adsorbierbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist außen oder innen auf die Glaskapillare stellenweise eine lichtundurchlässige, bevorzugt reflektierende Beschichtung aufgebracht. Über eine solche Beschichtung ist eine Abstrahlcharakteristik von Licht aus der Glaskapillare heraus einstellbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaskapillare zumindest bereichsweise als optisches Element geformt.

Insbesondere ist die Glaskapillare als Sammellinse für das von dem Leuchtstoff emittierte Licht gestaltet.

Darüber hinaus wird ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil ist bevorzugt mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben.

Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das

Verfahren offenbart und umgekehrt.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das

Halbleiterbauteil zumindest einen Leuchtdiodenchip oder einen lichtemittierenden Halbleiterchip sowie zumindest eine

Glaskapillare, in diesem Zusammenhang auch als

Konversionselement bezeichnet. In die mindestens eine

Glaskapillare ist zumindest zum Teil ein Leuchtstoff gefüllt. Ein Abstand zwischen einem Versiegelungsbereich der

Glaskapillare und dem Leuchtstoff beträgt dabei höchstens 4 mm oder höchstens 2 mm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff in der Glaskapillare dazu eingerichtet, blaues Licht in gelbes Licht umzuwandeln. Hierdurch ist es möglich, dass das

Halbleiterbauteil im Betrieb mischfarbiges Licht,

insbesondere weißes Licht, emittiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere

lichtemittierende Halbleiterchips, insbesondere

Leuchtdiodenchips, vorhanden. Die Leuchtdiodenchips sind in einem geraden Streifen angeordnet und die Glaskapillare überdeckt den Streifen. Dabei ist bevorzugt jedem der

Leuchtdiodenchips genau ein mit dem Leuchtstoff gefülltes Gebiet in der Glaskapillare zugeordnet. Benachbarte

Leuchtstoffgebiete sind bevorzugt voneinander separiert und können optisch voneinander isoliert sein, beispielsweise durch ein in die Glaskapillare eingefülltes,

lichtundurchlässiges Zwischenmaterial .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaskapillare mechanisch fest mit dem Streifen verbunden. Beispielsweise ist die Glaskapillare auf dem Streifen mit den

lichtemittierenden Halbleiterchips aufgeklebt oder mit dem Streifen verschmolzen.

Darüber hinaus wird ein Konversionselement angegeben. Das Konversionselement wird mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sowie des lichtemittierenden Halbleiterbauteils sind daher auch für das Konversionselement offenbart und umgekehrt. Insbesondere handelt es sich bei dem Konversionselement um ein Bauteil, das dem lichtemittierenden Halbleiterbauteil ohne den

zumindest einen Leuchtdiodenchip sowie ohne einem

Verbindungsmittel zwischen dem Leuchtdiodenchip und der

Glaskapillare entspricht. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Konversionselement um die mit Leuchtstoff befüllte, versiegelte und gegebenenfalls vereinzelte Glaskapillare. Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren, ein hier beschriebenes lichtemittierendes Halbleiterbauteil und ein hier beschriebenes Konversionselement unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher

erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß

dargestellt sein. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen lichtemittierenden Halbleiterbauteilen, und

Figuren 3 bis 7 schematische Darstellungen von

Ausführungsbeispielen von Konversionselementen für hier beschriebene lichtemittierende

Halbleiterbauteile.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines

Herstellungsverfahrens für ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil 1 illustriert, siehe die

Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis IC und die

perspektivische Darstellung in Figur ID. Gemäß Figur 1A wird eine Glaskapillare 2 bereitgestellt. Die Glaskapillare 2 ist röhrenförmig gestaltet mit einer

Längsachse L, entlang der die Glaskapillare 2 die größte geometrische Ausdehnung aufweist. Im Querschnitt gesehen ist die Glaskapillare 2 rechteckig gestaltet, siehe auch Figur ID. Eine Wandstärke der Glaskapillare 2 liegt unterhalb von 100 ym, beispielsweise bei 60 ym, und ist entlang der

Längsachse L gleichbleibend. Eine innere Querschnittsfläche der Glaskapillare 2 beträgt beispielsweise ungefähr 1,5 mm ² , äußere Abmessungen der Glaskapillare 2 betragen zum Beispiel 1 mm x 2 mm.

Beim Verfahrensschritt, wie in Figur 1B illustriert, wird ein Leuchtstoff 3 in die Glaskapillare 2 eingebracht. Das

Einbringen des Leuchtstoffs 3 erfolgt mit einer Spritze 5, die sich entlang der Längsachse L bewegt, um lokal gezielt den Leuchtstoff 3 einzubringen.

Bei dem Leuchtstoff 3 handelt es sich bevorzugt um

Quantenpunkte, beispielsweise auf Basis von Cadmiumselenid oder Indiumphosphid . Die Quantenpunkte weisen bevorzugt einen mittleren Durchmesser von mindestens 3 nm oder 5 nm und/oder von höchstens 30 nm oder 15 nm auf. Der Leuchtstoff 3 liegt in einem Matrixmaterial 32 vor. Das Matrixmaterial 32 mit dem Leuchtstoff 3 wird in flüssiger Form in die Glaskapillare 2 eingebracht. Dabei füllt diese Flüssigkeit aus dem

Matrixmaterial 32 und dem Leuchtstoff 3 den Querschnitt der Glaskapillare 2 stellenweise bevorzugt vollständig aus. Die Glaskapillare 2 ist insgesamt nur zum Teil von der Flüssigkeit gefüllt. Zwischen benachbarten Bereichen mit dem Leuchtstoff 3 befindet sich bevorzugt ein Schutzgas 6, beispielsweise Stickstoff. Ein Kontaktwinkel a zwischen den Wänden der Glaskapillare 2 und dem noch flüssigen Matrixmaterial 32 liegt bei

näherungsweise 90°. Hierdurch ist ein Ineinanderfließen benachbarter Bereiche mit dem Leuchtstoff 3 verhinderbar. Bei dem Matrixmaterial 32 handelt es sich beispielsweise um ein photochemisch härtbares Acrylat.

Anstelle von Quantenpunkten können auch andere Leuchtstoffe wie organische Leuchtstoffe, insbesondere in dem

Matrixmaterial 32 gelöst, verwendet werden.

Nach dem Einbringen des Leuchtstoffs 3 wird das

Matrixmaterial 32 ausgehärtet, nicht dargestellt. Das

Aushärten erfolgt insbesondere durch Bestrahlung mit

ultraviolettem Licht. Hierdurch ist eine thermische Belastung des Leuchtstoffs beim Aushärten vermeidbar.

Nachfolgend, siehe Figur IC, wird ein Glasmaterial, aus dem die Glaskapillare 2 besteht, in einem Versiegelungsbereich 22 aufgeschmolzen oder zumindest erweicht. Das Aufschmelzen oder Erweichen erfolgt bevorzugt mittels eines Heizdrahts 7, durch den hindurch die Glaskapillare 2 geführt wird.

Aufgrund insbesondere der geringen Wandstärke der

Glaskapillare 2 ist der Versiegelungsbereich 22

vergleichsweise klein, in Richtung parallel zur Längsachse L. Ebenso ist nur eine kurze Zeitdauer erforderlich, in der der Heizdraht 7 über einen elektrischen Stromfluss aktiviert wird. Da nur eine vergleichsweise geringe Wärmemenge zum Erzeugen der Versiegelung in dem Versiegelungsbereich 22 erforderlich ist, ist der Leuchtstoff 3 nur geringen

thermischen Belastungen ausgesetzt. Hierdurch ist auch ein besonders kleiner Abstand zwischen dem Versiegelungsbereich 22 und dem nächstgelegenen Leuchtstoff 3 erzielbar. Dieser Abstand liegt bevorzugt bei 1 mm oder weniger.

Abweichend von der Darstellung in Figur IC ist es optional möglich, dass sich außerhalb des Versiegelungsbereichs 22 an oder nahe einer äußeren Begrenzungsfläche der Glaskapillare 2 eine Kühlvorrichtung befindet. Über eine solche

Kühlvorrichtung kann Wärme von dem Glasmaterial außerhalb des Versiegelungsbereichs 22 effizient abgeführt werden. Eine solche Kühlvorrichtung ist bevorzugt auch undurchlässig für Infrarotstrahlung, so dass vom Heizdraht 7 ausgehend kein

Strahlungswärmeeintrag in die Glaskapillare 2 außerhalb des Versiegelungsbereiches 22 oder in den Leuchtstoff 3 erfolgt. Eine solche nicht gezeichnete Kühlvorrichtung ist bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden.

Ferner ist es anders als gezeichnet optional möglich, dass beim Erzeugen des Versiegelungsbereichs 22 die Glaskapillare 2 lokal zusammengedrückt wird und/oder dass die sich

beiderseits des Versiegelungsbereichs 22 befindlichen Teile der Glaskapillare 2 gegeneinander verdrillt werden. Auch hierzu kann an die Glaskapillare 2 nahe dem

Versiegelungsbereich 22 eine Kühlvorrichtung angebracht sein.

Ebenso abweichend von der Darstellung in Figur 1 ist es möglich, dass sich der Versiegelungsbereich 22 an einem äußeren Rand befindet und nicht in einem mittleren Abschnitt der Glaskapillare 2, gesehen entlang der Längsachse L. Beispielsweise wird die Glaskapillare 2 dann lediglich an zwei einander gegenüberliegenden Enden versiegelt.

Im Verfahrensschritt der Figur 1D ist gezeigt, dass das im Schritt der Figur IC gebildete Konversionselement 10 auf einen Streifen 40 aufgebracht wird. Der Streifen 40 umfasst mehrere Leuchtdiodenchips 4, die im Betrieb eine

Primärstrahlung P, bevorzugt blaues Licht, emittieren. Die Leuchtdiodenchips 4 sind beispielsweise über Leiterbahnen oder über eine Leiterplatte des Streifens 40 elektrisch miteinander verbunden.

Durch den Leuchtstoff 3 im Inneren der Glaskapillare 2 wird nur ein Teil der Primärstrahlung P absorbiert und in eine Sekundärstrahlung S umgewandelt. Auf diese Weise kann das

Halbleiterbauteil 1 beispielsweise weißes Licht emittieren.

Eine Länge des Halbleiterbauteils 1 entlang der Längsachse L liegt beispielsweise bei mindestens 5 cm oder 10 cm und/oder bei höchstens 30 cm oder 20 cm. Es kann sich bei dem

Halbleiterbauteil 1 um eine streifenförmige Lichtquelle zur Hinterleuchtung von Displays in Kombination mit einem nicht dargestellten Flächenlichtleiter handeln. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind mehrere

Versiegelungsbereiche 22 vorhanden, zwischen denen sich jeweils ein Leuchtstoff 3 befindet, siehe die

Schnittdarstellung entlang der Längsachse L in Figur 2A1 und die Querschnittsdarstellung in Figur 2A2.

Dieses Konversionselement 10 mit den mehreren Kammern wird anschließend auf den Streifen 40 mit den Leuchtdiodenchips 4 aufgebracht, siehe die Figuren 2B1 und 2B2. Dabei ist jedem der Leuchtdiodenchips 4 genau eine der Kammern mit dem

Leuchtstoff 3 zugeordnet.

In Figur 2C ist zu sehen, dass der Streifen 40 mit der

Glaskapillare 2 zu den einzelnen Halbleiterbauteilen 1 vereinzelt wird, beispielsweise durch ein Sägen, ein Brechen in Kombination mit einem Ritzen oder durch ein Lasertrennen. Das Vereinzeln zu den Halbleiterbauteilen 1 erfolgt dabei in den Versiegelungsbereichen 22, wobei die Versiegelung der Kammern mit dem Leuchtstoff 3 jeweils intakt bleibt. Jedes der Halbleiterbauteile 1 umfasst gemäß Figur 2C genau einen der Leuchtdiodenchips 4, abweichend hiervon können aber auch mehrere der Leuchtdiodenchips 4 in den fertigen

Halbleiterbauteilen 1 vorhanden sein.

Die Kammern mit dem Leuchtstoff 3 überdecken bevorzugt je den zugehörigen Leuchtdiodenchip 4 vollständig, in Draufsicht gesehen. Hierdurch ist sicherstellbar, dass der komplette Leuchtdiodenchip 4 von dem Leuchtstoff 3 überdeckt ist und homogen beispielsweise weißes Licht emittiert. Laterale

Abmessungen des Konversionselements 10 sind bevorzugt gleich lateralen Abmessungen eines Gehäuses für die

Leuchtdiodenchips 4. Somit erfolgt durch das

Konversionselement 10 keine Vergrößerung einer lateralen Ausdehnung.

In Figur 3 ist ein weiteres Konversionselement 10

illustriert. Bei der Glaskapillare 2 handelt es sich vor der Versiegelung um ein Rechteckrohr mit einem langgezogenen, rechteckigen Querschnitt. Die Versiegelungsbereiche 22 erstrecken sich sowohl entlang der Längsachse L als auch entlang einer Querachse Q, senkrecht zur Längsachse L. In der Draufsicht der Figur 3A sind die Versiegelungsbereiche 22 durch Strichlinien symbolisiert. In Figur 3B ist eine

Querschnittsdarstellung gezeigt.

Durch eine solche Glaskapillare 2 ist eine zweidimensionale Anordnung von Bereichen mit dem Leuchtstoff 3 realisierbar. Eine solche zweidimensionale Anordnung der Bereiche mit dem Leuchtstoff 3 kann auf ein zweidimensionales Feld von

Leuchtdiodenchips 4 aufgebracht werden, nicht gezeichnet. Alternativ kann das Konversionselement 10 auch entlang der Versiegelungsbereiche 22 vereinzelt werden, analog zu Figur 2C.

In den Figuren 4 bis 6 sind weitere Ausgestaltungen des Konversionselements 10 gezeigt. Gemäß Figur 4, siehe die perspektivische Darstellung in Figur 4A und die

Schnittdarstellung in Figur 4B, weist die Glaskapillare 2 ein optisches Element 92 auf. Das optische Element 92 ist als Sammellinse gestaltet, die sich gleichbleibend entlang der Längsachse L erstreckt. Eine der Linse 92 gegenüberliegende Seite der Glaskapillare 2 ist flach gestaltet und dazu eingerichtet, dass die Leuchtdiodenchips 4 hieran angebracht werden. Wie in Figur 4B veranschaulicht, ist durch eine solche Linse 92 eine Strahlformung etwa der Sekundärstrahlung S erzielbar.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist stellenweise auf eine Außenfläche der Glaskapillare 2 eine

lichtundurchlässige, reflektierende oder auch absorbierende Beschichtung 91 aufgebracht. Die Beschichtung 91 ist

beispielsweise aus einem oder mehreren Metallen gebildet.

An einer Unterseite, an der die Leuchtdiodenchips 4 zur Montage vorgesehen sind, ist an der Glaskapillare 2 keine Beschichtung aufgebracht. An einer Oberseite ist streifenförmig ein Bereich freigelassen, um die

Sekundärstrahlung S und/oder Reste der Primärstrahlung P aus der Glaskapillare 2 heraustreten zu lassen.

Die Beschichtung 91 oder das optische Element 92 der Figuren 4 und 5 erstrecken sich gleichbleibend entlang der Längsachse L. In Figur 6 ist in einer Schnittdarstellung abweichend hiervon gezeigt, dass auch entlang der Längsachse L einzelne Linsen oder optische Elemente 92 geformt sein können.

Entsprechendes ist ebenso hinsichtlich der Beschichtung 91 aus Figur 5 möglich.

In Figur 7 sind weitere Schnittdarstellungen von

Ausführungsbeispielen des Konversionselements 10 gezeigt.

Hierbei ist zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nur ein Versiegelungsbereich 22 an einem Ende der Glaskapillare 2 gezeigt. Auch im Zusammenhang mit Figur 7 können

Versiegelungsbereiche und Geometrien der Glaskapillare 2 vorliegen, wie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 6 gezeigt, bevorzugt wie in Verbindung mit den Figuren 2 oder 3

erläutert .

Gemäß Figur 7A befindet sich an einem Ende der Glaskapillare 2 nahe an dem Versiegelungsbereich 22 ein Einfangmaterial 82, auch als Getter bezeichnet. Über das Einfangmaterial 82 ist Feuchtigkeit oder Sauerstoff aus dem restlichen Volumen der Glaskapillare 2 entfernbar. Gemäß Figur 7B befindet sich ein Indikatormaterial 81 in der Glaskapillare 2. Über das Indikatormaterial 81 ist erkennbar, ob sich Sauerstoff oder Feuchtigkeit in der Glaskapillare 2 befindet und/oder ob eine zulässige, maximale Verarbeitungstemperatur beim Erzeugen des

Versiegelungsbereichs 22 eingehalten wurde. Ein solches

Indikatormaterial 81 kann auch in Kombination mit einem

Einfangmaterial 82 vorliegen.

Ebenso kann, alternativ zu dem Einfangmaterial 82 oder dem Indikatormaterial 81, ein Isolierelement 83 nahe dem

Versiegelungsbereich 22 in die Glaskapillare 2 eingebracht werden, siehe Figur 7C. Das Isolierelement 83 ist bevorzugt thermisch isolierend und kann lichtundurchlässig sein.

Hierdurch ist der Leuchtstoff 3 beim Erzeugen des

Versiegelungsbereichs 22 besser vor Überhitzung schützbar.

Das Isolierelement 83 ist bevorzugt aus einem Feststoff, alternativ aus einer Flüssigkeit, gebildet und bevorzugt in einem Abstand von höchstens 1 mm oder 0,5 mm zu dem

Versiegelungsbereich 22 oder direkt an dem

Versiegelungsbereich 22 in die Glaskapillare 2 eingebracht. Bevorzugt dichtet das Isolierelement 83 die Glaskapillare 2 ab, sodass sich das Isolierelement 83 über den gesamtnen

Innenbereich der Glaskapillare 2 erstreckt, im Querschnitt gesehen. Eine spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Isolierelements 83 liegt bevorzugt bei höchstens

0,5 W/K-m oder 0,2 W/K-m oder 0,05 W/K-m.

Ferner sind in die Glaskapillare 2 drei verschiedene

Leuchtstoffe 3a, 3b, 3c mit unterschiedlichen

Emissionseigenschaften eingebracht, die entlang der

Längsachse L unmittelbar aufeinanderfolgen. Zum Beispiel erzeugen die Leuchtstoffe 3a, 3b, 3c blaues, grünes und rotes Licht, etwa nach Anregung mit Primärstrahlung aus dem nahen ultravioletten Spektralbereich oder nach Anregung mit blauem Licht, zum Beispiel mit einer Dominanzwellenlänge von 450 nm, etwa mit einer Toleranz von 5 nm. Es ist dabei möglich, dass der Leuchtstoff 3a in direktem Kontakt zu dem Isolierelement 83 steht. Die Leuchtstoffe 3a, 3b, 3c können sich berühren oder voneinander beabstandet sein. Mehrere Leuchtstoffe können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein .

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 10 2015 114 175.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste

1 lichtemittierendes Halbleiterbauteil

2 Glaskapillare

22 Versieglungsbereich

3 Leuchtstoff

32 Matrixmaterial

4 Leuchtdiodenchip

40 Streifen

5 Spritze

6 Schutzgas

7 elektrischer Heizdraht

81 Indikator

82 Einfangmaterial

83 Isolierelement

91 lichtundurchlässige, reflektierende Beschichtung

92 optisches Element

10 Konversionselement a Kontaktwinkel

L Längsachse

P Primärstrahlung

Q Querachse

5 Sekundärstrahlung