Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deut schen Patentanmeldung Nr. 10 2018 125 506.3, die am 15. Oktober 2018 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2018 125 506.3 wird hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegen den Anmeldung aufgenommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Vor richtung und ein Verfahren zur Herstellung von optoelektroni schen Vorrichtungen.

In herkömmlichen optoelektronischen Vorrichtungen wird blaues Licht von einem LED (englisch: light emitting diode) -Halbleiter chip emittiert und mit Hilfe von Phosphorpartikeln, die in einem Konversionselement enthalten sind, in weißes Licht konvertiert. Die Abstrahlung des konvertierten Lichts in alle Richtungen ist möglich. Das in alle Richtungen abgestrahlte Licht ist nicht vollständig für eine Anwendung nutzbar oder kann je nach Anfor derung der Anwendung sogar nachteilig sein. In Abhängigkeit von der Geometrie des Konversionselements, wie z. B. der Dicke der Konversionsschicht, und der Anordnung der Phosphorpartikel in dem Konversionselement kann das Licht so gestreut werden, dass die Abstrahlcharakteristik inhomogen ist.

Licht, das über die Seitenflanken aus dem Konversionselement austritt, kann nachteilig sein. Daraus können eine starke Ab hängigkeit der Helligkeit vom Winkel, eine starke Schwankung des Farborts über den Winkel sowie über die Fläche, ein vergrö ßertes Etendue sowie ein verminderter Kontrast zwischen leuch tender und nichtleuchtender Fläche resultieren. Die genannten optischen Eigenschaften können zu Schwierigkeiten in der Applikation, in der die optoelektronische Vorrichtung zum Einsatz kommt, führen. Insbesondere ist eine große Farbor- tstreuung innerhalb eines Konversionselements für Applikationen mit pixelierten Leuchtquellen in Kombination mit abbildenden Optiken störend und unerwünscht. Für derartige Applikationen sind geringe Farbstreuungen, z. B. CxCy < ± 0.03, über das gesamte Konversionselement notwendig, um Farbverläufe auf der projizierten oder abgebildeten Fläche zu minimieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zu grunde, eine optoelektronische Vorrichtung zu schaffen, welche sich kostengünstig hersteilen lässt und welche die Abstrahlcha rakteristik gegenüber herkömmlichen optoelektronischen Vorrich tungen verbessert. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Vorrichtungen angegeben werden.

Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine optoelektro nische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine Auf gabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Vorrichtungen mit den Merk malen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiter bildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen an gegeben .

Eine optoelektronische Vorrichtung weist mindestens ein opto elektronisches Bauelement und ein auf einer ersten Hauptober fläche des optoelektronischen Bauelements aufgebrachtes Konver sionselement auf. Das Konversionselement umfasst einen Rahmen aus einem reflektierenden Material und Konversionsmaterial, das sich in dem Rahmen befindet. Der Rahmen steht seitlich über einen Licht emittierenden Bereich der ersten Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauelements über. Folglich kann der Rah men das optoelektronische Bauelement seitlich überragen. Die Integration des Rahmens aus dem reflektierenden Material in das Konversionselement verbessert die Abstrahlcharakteristik der optoelektronischen Vorrichtung, ohne dass weitere Maßnah men, wie z. B. das Aufbringen einer reflektierenden Schicht mittels eines Verguss-, Dispensier-, Mold- oder Ausheiz schritts, erforderlich sind. Außerdem kann die optoelektroni sche Vorrichtung mit Hilfe des weiter unten beschriebenen Her stellungsverfahrens in kostengünstiger Weise hergestellt wer den .

Ferner kann mittels der optoelektronischen Vorrichtung eine verbesserte Helligkeit über den Abstrahlwinkel, ein besseres Farbortverhalten über den Winkel, ein homogenerer Farbort über die Fläche, d. h. eine geringere Streuung im Bereich der Außen kante des Konversionselements, sowie ein kleineres Etendue er zielt werden.

Der reflektierende Rahmen kann sehr kompakt ausgeführt und di rekt an der Konversionsschicht aus dem Konversionsmaterial an gebracht werden, so dass keine Flächen oder weitere Designmerk male, wie z. B. eine Kavität oder Stopperkannten, in der opto elektronischen Vorrichtung dafür vorgesehen werden müssen.

Das optoelektronische Bauelement kann Licht im sichtbaren Be reich, Ultraviolett (UV) -Licht und/oder Infrarot (IR) -Licht emittieren. Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere dazu ausgebildet sein, blaues Licht zu erzeugen. Blaues Licht hat eine Wellenlänge ungefähr im Bereich von 450 nm bis 490 nm.

Weiterhin kann das optoelektronische Bauelement ein optoelekt ronisches Halbleiterbauelement, insbesondere ein Halbleiter chip, sein. Beispielsweise kann das optoelektronische Bauele ment als Licht emittierende Diode (englisch: light emitting diode, LED), als organische Licht emittierende Diode (englisch: organic light emitting diode, OLED) , als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das optoelektronische Bauelement kann außer dem Teil einer integrierten Schaltung sein.

Neben dem optoelektronischen Bauelement können weitere Halblei terbauelemente und/oder andere Komponenten in die optoelektro nische Vorrichtung integriert sein.

Der Licht emittierende Bereich kann sich über die gesamte erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauelements erstrecken. Alternativ kann der Licht emittierende Bereich auf der ersten Hauptoberfläche teilweise oder vollständig von einem Rand um geben sein, der kein Licht emittiert. Beispielsweise kann der Licht emittierende Bereich die Oberfläche einer Epitaxie- Schicht sein.

Das Konversionsmaterial, auch Konvertermaterial genannt, ist dazu ausgebildet, das von dem optoelektronischen Bauelement emittierte Licht in Licht mit anderer Wellenlänge umzuwandeln bzw. zu konvertieren. Mit anderen Worten ist das Konversions material zur Konversion einer von dem optoelektronischen Bau element erzeugten Primärstrahlung ausgebildet. Primärstrahlung, die in die jeweilige Konversionsschicht, in dem sich das Kon versionsmaterial befindet, eintritt, wird von dem Konversions material zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umgewan delt. Dabei umfasst die Sekundärstrahlung Wellenlängen, die sich von den Wellenlängen der Primärstrahlung unterscheiden, d. h., die größer oder kleiner als die Wellenlängen der Primärstrahlung sind .

Das Konversionsmaterial kann Konversionspartikel enthalten, welche die Konversion des von dem optoelektronischen Bauelement emittierten Lichts bewirken. Beispielsweise können Phosphorpar tikel als Konversionspartikel in dem Konversionsmaterial ent- halten sein. Phosphor kann als Konverter für blaues Licht ein gesetzt werden, um aus dem blauen Licht weißes Licht zu erzeu gen .

Die Konversionspartikel können in ein Material bzw. eine Matrix, beispielsweise aus Polysiloxan oder Silikon, eingebettet sein. Das reflektierende Material, aus dem der Rahmen gefertigt ist, kann reflektierende Partikel enthalten. Beispielsweise können die reflektierenden Partikel aus Titandioxid, TiCk, bestehen.

Die reflektierenden Partikel können in ein Material bzw. eine Matrix, beispielsweise aus Polysiloxan oder Silikon, eingebet tet sein.

Polysiloxan eignet sich aufgrund seiner Materialeigenschaften in besonderer Weise als Matrix für die Konversionspartikel bzw. die reflektierenden Partikel. Polysiloxan weist eine geringe Viskosität, eine hohe Temperatur- sowie UV-Stabilität und eine Kompatibilität mit verschiedenen Füllstoffen auf.

Reflektierend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die reflek tierenden Partikel zumindest für einen Teil des von dem opto elektronischen Bauelement emittierten Lichts oder zumindest für Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich im Wesentlichen reflektierend sind.

Es kann vorgesehen sein, dass die optoelektronische Vorrichtung nur aus dem optoelektronischen Bauelement und dem darauf auf gebrachten Konversionselement besteht. Mehrere derartige opto elektronische Vorrichtungen können beispielsweise auf einer Fo lie angeordnet werden und in dieser Form an einen Abnehmer ausgeliert werden.

Weiterhin ist es möglich, dass die optoelektronische Vorrich tung ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiges Substrat umfasst, auf welches das optoelektronische Bauelement montiert ist. Das Substrat kann beispielsweise ein Leiterrahmen (eng lisch: leadframe) sein. Weiterhin kann das Substrat ein soge nanntes QFN (englisch: quad flat no leads package ) -Fiatmold sein. Ein QFN-Flatmold besteht aus einem Leiterrahmen, insbe sondere einem beschichteten Kupfer-Leiterrahmen, der von einem Vergussmaterial umspritzt ist, wobei das Vergussmaterial die gleiche Höhe wie der Leiterrahmen hat, d. h., es werden keine Kavitäten erzeugt. Das Substrat kann ferner eine Leiterplatte (englisch: printed Circuit board, PCB), ein keramisches Substrat oder ein anderes geeignetes Substrat sein.

Der elektrische Kontakt zwischen dem optoelektronischen Bauele ment und dem Substrat kann mit Hilfe von Lötstellen, Bonddrähten oder anderen geeigneten Kontakten erzeugt werden.

Das optoelektronische Bauelement, das Konversionselement und gegebenenfalls das Substrat können verkapselt sein, um ein Ge häuse bzw. ein sogenanntes Package zu bilden. Beispielsweise können die Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung mit tels eines Mold- oder Dispensverfahrens insbesondere mit einem Kunststoff, einem Epoxidharz oder einem Silikon umgeben werden. Auch andere Verpackungsmethoden, die dem Fachmann vertraut sind, sind möglich.

Ein weiterer Vorteil der optoelektronischen Vorrichtung ist, dass auch reflektierende Schichten bzw. Rahmen innerhalb des Konversionselements angeordnet werden können. Das Konversions element kann mehrere, voneinander getrennte Bereiche aus Kon versionsmaterial, die jeweils von dem reflektierenden Material umhüllt sind, aufweisen. Insbesondere kann das reflektierende Material innerhalb des Rahmens gitterförmig angeordnet sein. In den Freiräumen des Gitters, d. h., den Zwischenräumen zwischen dem reflektierenden Material, kann das Konversionsmaterial an geordnet sein. Bei einem als pixeliertem Halbleiterchip, insbesondere als pi- xeliertem LED-Halbleiterchip, ausgestalteten optoelektronischen Bauelement ist eine Mikrostruktur aus Konversionsmaterial vor teilhaft, da sich oberhalb jeden Pixels Konversionsmaterial be finden kann und dieses von einem Rahmen aus dem reflektierenden Material umgeben ist. Ferner können verschiedene Arten von Kon versionsmaterial verwendet werden, so dass das von bestimmten Pixeln abgestrahlte Licht durch unterschiedliches Konversions material geführt wird.

Das reflektierende Material dient bei dieser Ausgestaltung als Abgrenzung zwischen verschiedenen lichtemittierenden Flächen des pixelierten Halbleiterchips. Die Pixel eines derartigen Halbleiterchips lassen sich üblicherweise einzeln ansteuern.

Dadurch kann der Kontrast zwischen leuchtenden und nichtleuch tenden Flächen bzw. von Pixel zu Pixel innerhalb eines LED- Halbleiterchips erhöht werden.

Die Mikrostruktur innerhalb des Konversionselements kann durch nachgelagerte Mold- oder Dispensprozesse nicht realisiert wer den. Durch die reflektierenden Schichten zwischen den

einzelnen pixelierten Bereichen des LED-Halbleiterchips kann die Abstrahlcharakteristik, insbesondere die Homogenität der Farbe sowie der Helligkeit, gegenüber einem Konversionselement ohne Mikrostruktur noch weiter verbessert werden, da der Light- Guide-Effekt zwischen den einzeln anzusteuernden Pixeln dadurch beseitig wird und weder Farbe noch Helligkeit zwischen Pixeln beeinträchtig wird. Damit lasst sich auch ein höherer Kontrast zwischen den einzelnen Pixeln erreichen.

Die optoelektronische Vorrichtung kann in verschiedenen Appli kationen eingesetzt werden, zum Beispiel in Scheinwerfern für Fahrzeuge, Blitzlichtern und/oder Bühnenbeleuchtungen. Fahr zeugscheinwerfer können beispielsweise als Oberflächenemitter ausgebildete LED-Halbleiterchips oder Multipixel-LED-Halb- leiterchips enthalten, auf welche die in der vorliegenden An meldung beschriebenen Konversionselemente montiert sind. Für Blitzlichter können ebenfalls Multipixel-LED-Halbleiterchips mit Konversionselementen eingesetzt werden, die mehrere Berei che aus gleichem oder unterschiedlichem Konversionsmaterial enthalten. Der letztere Fall ermöglicht es, unterschiedliche Weißfarbtöne zu erzeugen. Auch für Bühnenbeleuchtungen können beispielsweise als Oberflächenemitter ausgebildete LED-Halb leiterchips mit darauf montierten Konversionselementen verwen det werden.

Wie oben beschrieben ist das Konversionselement auf der ersten Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauelements aufgebracht. Das optoelektronische Bauelement kann eine der ersten Haupt oberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche sowie meh rere Seitenflächen, welche die erste und die zweite Hauptober fläche miteinander verbinden, aufweisen. Bei einer rechteckför migen Ausgestaltung der ersten und der zweiten Hauptoberfläche enthält das optoelektronische Bauelement genau vier Seitenflä chen. Der Rahmen kann seitlich über mindestens eine der Seiten flächen des optoelektronischen Bauelements überstehen. Weiter hin kann der Rahmen über alle Seitenflächen oder über genau drei von vier Seitenflächen des optoelektronischen Bauelements über stehen .

Eine der Seitenflächen des optoelektronischen Bauelements kann eine Ebene aufspannen und eine Grenzfläche zwischen dem Rahmen aus dem reflektierenden Material und dem Konversionsmaterial kann in dieser Ebene liegen. Mit anderen Worten liegt die Grenz fläche zwischen dem Rahmen und dem Konversionsmaterial in ge danklicher Verlängerung der Seitenfläche des optoelektronischen Bauelements. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteil haft, wenn der Licht emittierende Bereich sich über die gesamte erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauelements er streckt .

Das gleiche kann für alle andere Seitenflächen oder auch nur für insgesamt drei von vier Seitenflächen des optoelektronischen Bauelements gelten. D. h., jede dieser Seitenflächen spannt eine jeweilige Ebene auf, in der eine jeweilige Grenzfläche zwischen dem Rahmen aus dem reflektierenden Material und dem Konversi onsmaterial liegt.

Gemäß einer Ausgestaltung weist das Konversionselement eine erste ebene Hauptoberfläche und eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite ebene Hauptoberfläche auf. Ferner wei sen der Rahmen und eine Konversionsschicht, die das Konversi onsmaterial enthält, jeweils eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche auf. Die ersten Oberflächen des Rahmens und der Konversionsschicht sind jeweils in der ersten Hauptoberfläche des Konversionselements angeordnet, d. h., die ersten Oberflächen des Rahmens und der Konversionsschicht sind bündig. Ferner sind die zweiten Ober flächen des Rahmens und der Konversionsschicht jeweils in der zweiten Hauptoberfläche des Konversionselements angeordnet. Folglich sind auch die zweiten Oberflächen bündig.

Die Konversionsschicht, die das Konversionsmaterial enthält, kann unterschiedlich aufgebaut sein. Gemäß einer ersten Vari ante sind Konversionspartikel in der Konversionsschicht homogen verteilt. Eine zweite Variante sieht vor, dass die Konversions partikel in der Konversionsschicht sedimentiert sind. Gemäß ei ner dritten Variante kann die Konversionsschicht eine erste Schicht, die Konversionspartikel aufweist, und eine zweite Schicht, die keine Konversionspartikel, aber insbesondere ge härtete Polysiloxonpartikel in Polysiloxan aufweist, enthalten. Ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Vorrich tungen umfasst folgende Schritte.

Zunächst wird ein Gitter bereitgestellt, das aus einem reflek tierenden Material gefertigt ist, d. h., Gitterknoten und Git terstege des Gitters, welche die Gitterknoten miteinander ver binden, sind aus dem reflektierenden Material gefertigt. In den Freiräumen des Gitters, d. h., den Zwischenräumen zwischen den Gitterknoten und -Stegen, befindet sich Konversionsmaterial. Das Konversionsmaterial kann die Freiräume des Gitters voll ständig oder auch nur zum Teil füllen.

Anschließend wird das Gitter vereinzelt, um Konversionselemente zu erhalten. Zum Vereinzeln kann das Gitter mechanisch, bei spielsweise durch Sägen oder Stanzen, aufgetrennt bzw. unter teilt werden. Die daraus erhaltenen einzelnen Konversionsele mente können die Form des oben beschriebenen Konversionselements der optoelektronischen Vorrichtung haben. Insbesondere kann das Gitter derart vereinzelt werden, dass die Konversionselemente jeweils einen außenliegenden Rahmen aus dem reflektierenden Ma terial aufweisen. Ferner können die Konversionselemente jeweils eine Mikrostruktur aufweisen, bei welcher Bereiche aus dem Kon versionsmaterial jeweils von dem reflektierenden Material um hüllt sind.

Anschließend werden die Konversionselemente auf optoelektroni sche Bauelemente aufgebracht. Insbesondere kann ein jeweiliges Konversionselement mittels eines geeigneten Klebstoffs, z. B. eines Silikonklebstoffs, auf ein jeweiliges optoelektronisches Bauelement geklebt werden. Dadurch werden optoelektronische Vorrichtungen geschaffen, wie sie oben beschrieben sind.

Das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Vorrich tungen kann die oben beschriebenen Ausgestaltungen der opto elektronischen Vorrichtung aufweisen. Der Schritt, nach welchem das Gitter aus dem reflektierenden Material bereitgestellt wird, kann umfassen, dass das Gitter zunächst aus dem reflektierenden Material hergestellt wird und das Konversionsmaterial anschließend in die Freiräume des Git ters eingefüllt wird.

Zum Herstellen des Gitters kann das reflektierende Material in ein Formteil gefüllt werden. Das reflektierende Material, das geeignete reflektierende Elemente bzw. Partikel, beispielsweise aus Titandioxid, TiCk, sowie ein Material, in welches die re flektierenden Elemente bzw. Partikel eingebettet sind, enthält, kann in einem flüssigen Zustand in ein Formteil gegossen werden und insbesondere mit Hilfe eines Rakels in dem Formteil verteilt werden. Nach dem Trocknen und Aushärten des Gitters kann das Gitter aus dem Formteil gelöst werden.

Insbesondere wenn das Gitter wie vorstehend beschrieben mit Hilfe eines Formteils und eines Rakelverfahrens hergestellt wird, können sowohl das Gitter als auch das Konversionsmaterial jeweils aus Polysiloxan hergestellt sein. Dies gewährleistet eine gute Haftung bzw. Kompatibilität innerhalb der zu erzeu genden Konversionselemente.

Alternativ kann das Gitter auch vorgefertigt sein, beispiels weise mittels Molden, Dispensen, Spritzgießen oder anderen ge eigneten Techniken. Die Verwendung dieser Techniken ermöglicht besondere Ausgestaltungen des Gitters, z. B. Hinterschneidun gen, Radien und Oberflächengeometrien. Weiterhin kann das Git ter aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, z. B. aus Silikon, Epoxid oder Aluminium.

Zur Herstellung des mit dem Konversionsmaterial gefüllten Git ters wird gemäß einer Ausgestaltung zunächst eine Schicht aus dem Konversionsmaterial hergestellt. Anschließend wird eine gitterförmige Aussparung in der Schicht aus dem Konversionsma terial erzeugt. Insbesondere durch einen mechanischen Prozess, beispielsweise einen Sägeprozess, wird dabei Konversionsmate rial aus der Schicht entfernt. Schließlich wird das reflektie rende Material in die gitterförmige Aussparung eingefüllt, um das Gitter mit dem Konversionsmaterial in den Freiräumen des Gitters zu erhalten.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird zum Herstellen des mit dem Konversionsmaterial gefüllten Gitters mindestens eine Schicht aus Konversionsmaterial hergestellt und die mindestens eine Schicht aus dem Konversionsmaterial wird in Segmente un terteilt, z. B. mittels Sägen. Anschließend werden die Segmente, beispielsweise mit Hilfe eines Positionierungssystems bzw. ei nes Pick-and-Place-Systems , rasterförmig derart angeordnet, dass sich Zwischenräume für das spätere Gitter zwischen den Segmenten befinden. In die Zwischenräume zwischen den raster förmig angeordneten Segmenten wird das reflektierende Material eingefüllt .

Die vorstehende Ausgestaltung kann weitergebildet werden, indem mindestens zwei Schichten aus unterschiedlichen Konversionsma terialien hergestellt werden und diese Schichten in Segmente unterteilt werden. Anschließend werden die Segmente der mindes tens zwei Schichten in ein und demselben Raster angeordnet, d. h., das Raster enthält Segmente aus unterschiedlichen Konver sionsmaterialien. Das reflektierende Material wird in Zwischen räume zwischen den rasterförmig angeordneten Segmenten einge füllt .

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch: Fig. 1A bis IC Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem LED-Halbleiterchip und einem Konver sionselement ;

Fig. 2A und 2B Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem LED-Halbleiterchip und einem eine Mik rostruktur aufweisenden Konversionselement;

Fig. 3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem LED-Halbleiterchip, einem Konversi onselement, einem Substrat und einem Ge häuse;

Fig. 4A bis 4C Darstellungen von Ausführungsbeispielen ei ner optoelektronischen Vorrichtung mit ei nem LED-Halbleiterchip und einem gestanzten oder verschobenen Konversionselement bzw. einem Konversionselement ohne Rahmen auf ei ner Seite;

Fig. 5A bis 5C Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines mit einem Konversionsmaterial gefüll ten Gitters aus einem reflektierenden Mate rial ;

Fig. 6A und 6B Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Git ters aus einem reflektierenden Material;

Fig. 7A bis 7E Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung von Kon versionseiementen; Fig. 8A bis 8E Darstellungen eines weiteren Ausführungs beispiels eines Verfahrens zur Herstellung von Konversionselementen; und

Fig. 9A bis 9D Darstellungen eines weiteren Ausführungs beispiels eines Verfahrens zur Herstellung von Konversionselementen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die bei gefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Be schreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifi sche Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert wer den können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschauli chung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merk male der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbei spiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spe zifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschrei bung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identi schen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.

Fig. 1A zeigt schematisch eine optoelektronische Vorrichtung 10 in einem Querschnitt. Fig. 1B zeigt die optoelektronische Vor richtung 10 in einer Draufsicht von oben.

Die optoelektronische Vorrichtung 10 umfasst ein optoelektro nisches Bauelement in Form eines LED-Halbleiterchips 11 und ein Konversionselement 12. Das Konversionselement 12 umfasst einen Rahmen 13 aus einem reflektierenden Material und Konversions material 14, das sich in dem Rahmen 13 befindet. Der LED-Halbleiterchip 11 hat eine erste Hauptoberfläche 21, eine der ersten Hauptoberfläche 21 gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 22 sowie vier Seitenflächen 23, welche die erste und die zweite Hauptoberfläche 21, 22 miteinander verbinden.

Das Konversionselement 12 ist auf die erste Hauptoberfläche 21 des LED-Halbleiterchips 11 aufgebracht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Licht emittierende Be reich des LED-Halbleiterchips 11 über die gesamte erste Haupt oberfläche 21. Alternativ kann der Licht emittierende Bereich auf der ersten Hauptoberfläche 21, der eine Epitaxie-Schicht sein kann, von einem Chiprand umgeben sein, der kein Licht emittiert .

Der Rahmen 13 des Konversionselements 12 überragt seitlich die erste Hauptoberfläche 21 des LED-Halbleiterchips 11, d. h., der Rahmen 13 steht über die erste Hauptoberfläche 21 bzw. über den Licht emittierenden Bereich der ersten Hauptoberfläche 21 über. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steht der Rahmen 13 über alle vier Seitenflächen 23 des LED-Halbleiterchips 11 über.

Gedanklich spannt jede der Seitenflächen 23 des LED-Halbleiter chips 11 eine Ebene auf. Eine Grenzfläche 24 zwischen dem Rahmen 13 und dem Konversionsmaterial 14 weist aufgrund der Rechteck form der Schicht aus dem Konversionsmaterial 14 vier Abschnitte auf. Jeder dieser Abschnitte der Grenzfläche 24 liegt in einer der von den Seitenflächen 23 des LED-Halbleiterchips 11 aufge spannten Ebenen. Folglich entspricht der in Fig. 1B gezeigte Umriss der Schicht aus dem Konversionsmaterial 14 in der Drauf sicht von oben dem Umriss des LED-Halbleiterchips 11. Falls der Licht emittierende Bereich auf der ersten Hauptoberfläche 21 von einem Chiprand umgeben ist, der kein Licht emittiert, kann der in Fig. 1B gezeigte Umriss der Schicht aus dem Konversions material 14 dem Umriss des Licht emittierenden Bereichs ent sprechen . Weiterhin weist das Konversionselement 12 eine erste ebene Hauptoberfläche 26 und eine der ersten ebenen Hauptoberfläche 26 gegenüberliegende zweite ebene Hauptoberfläche 27 auf, wobei das Konversionselement 12 mit der zweiten ebenen Hauptoberflä che 27 auf den LED-Halbleiterchip 11 aufgebracht ist. Der Rahmen 13 und die Schicht aus dem Konversionsmaterial 14 weisen jeweils Oberflächen auf, die in der ersten ebenen Hauptoberfläche 26 bzw. der zweiten ebenen Hauptoberfläche 27 liegen. D. h., der Rahmen 13 und die Schicht aus dem Konversionsmaterial 14 sind sowohl auf der Oberseite als auch der Unterseite des Konversi onselements 12 bündig.

Der Rahmen 13 umfasst vier Seitenflächen 28, welche die erste Hauptoberfläche 26 und die zweite Hauptoberfläche 27 des Kon versionselements 12 miteinander verbinden. Es kann vorgesehen sein, dass eine, zwei, drei oder alle vier Seitenflächen 28 des Rahmens 13 senkrecht zur der ersten und der zweiten Hauptober fläche 26, 27 des Konversionselements 12 verlaufen.

Das reflektierende Material, aus dem der Rahmen 13 gefertigt ist, enthält reflektierende Partikel aus Titandioxid, T1O2, die in eine Matrix aus Polysiloxan eingebettet sind.

Das Konversionsmaterial 14 enthält Phosphorpartikel, die eben falls in eine Matrix aus Polysiloxan eingebettet sind.

Der LED-Halbleiterchip 11 ist ein Oberflächenemitter, der Licht, insbesondere blaues Licht, nur an seiner Oberseite emittiert. Weiterhin kann der LED-Halbleiterchip 11 auch ein Volumenemit ter sein, der Licht an seiner Oberseite und den Seitenflächen abstrahlt. Das von dem LED-Halbleiterchip 11 abgestrahlte Licht wird von dem Konversionsmaterial 14 in weißes Licht umgewandelt. Mittels des Rahmens 13 aus dem reflektierenden Material kann die gewünschte Abstrahlcharakteristik erzeugt werden. Die Grenzflächen 24 zwischen dem Rahmen 13 und dem Konversions material 14 müssen nicht zwingend senkrecht zu der ersten bzw. zweiten Hauptoberfläche 26, 27 des Konversionselements 12 ori entiert sein, sondern können auch schräg zu den Hauptoberflächen 26, 27 verlaufen, wie beispielhaft in Fig. IC gezeigt ist. Eine, zwei, drei oder alle vier Grenzflächen 24 bilden mit der jewei ligen Seitenfläche 23 des LED-Halbleiterchips 11 einen Winkel a, insbesondere einen Innenwinkel a, der kleiner als 180° ist und insbesondere größer als 90°. Dadurch wird eine Bündelung des emittierten Lichts erzielt, das Etendue wird verkleinert und es wird eine höhere Strahlungsstärke erreicht. Dies bringt insbesondere Vorteile für Anwendungen mit einer Optik.

Fig. 2A und 2B zeigen schematisch eine optoelektronische Vor richtung 30 in einem Querschnitt bzw. einer Draufsicht von oben. Die optoelektronische Vorrichtung 30 ist bis auf die im Folgen den genannten Unterschiede im Wesentlichen identisch mit der in Fig. 1A und 1B dargestellten optoelektronischen Vorrichtung 10.

In der optoelektronischen Vorrichtung 30 ist der LED-Halbleiter- chip 11 ein pixelierter Halbleiterchip mit mehreren Pixeln 31, beispielsweise vier Pixeln 31, die sich einzeln ansteuern las sen .

Das Konversionselement 12 enthält mehrere unabhängige Bereiche 32 aus dem Konversionsmaterial 14, die jeweils von dem reflek tierenden Material, aus dem auch der Rahmen 13 gebildet ist, umhüllt sind. Jeder der Bereiche 32 ist oberhalb eines jewei ligen Pixels 31 angeordnet.

Ferner kann vorgesehen sein, dass verschiedene Arten von Kon versionsmaterial 14 für ausgewählte Bereiche 32 verwendet wer den, so dass das von bestimmten Pixeln 31 abgestrahlte Licht durch unterschiedliches Konversionsmaterial 14 geführt wird. Das reflektierende Material dient bei der optoelektronischen Vorrichtung 30 als Abgrenzung zwischen verschiedenen lichtemit tierenden Flächen des pixelierten LED-Halbleiterchips 11.

Fig. 3 zeigt schematisch eine optoelektronische Vorrichtung 40 in einem Querschnitt. Die optoelektronische Vorrichtung 40 ent hält den LED-Halbleiterchip 11 sowie das Konversionselement 12 aus Fig. 1A und 1B.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der LED-Halbleiterchip 11 ein sogenannter Flip-Chip, der alle elektrischen Kontakte lemente 41 auf seiner Unterseite hat. Der LED-Halbleiterchip 11 ist mit seinen elektrischen Kontaktelementen 41 auf ein Substrat 42, beispielsweise einen Leiterrahmen, gelötet. Ferner sind der LED-Halbleiterchip 11, das Konversionselement 12 sowie das Sub strat 42 in geeigneter Weise verkapselt, um ein Gehäuse 43 zu bilden .

Fig. 4A bis 4C zeigen Ausschnitte aus optoelektronischen Vor richtungen, die der oben beschriebenen optoelektronischen Vor richtung 10 ähnlich sind, bei denen der LED-Halbleiterchip 11 jedoch zumindest ein elektrisches Kontaktelement 44 an seiner Oberseite aufweist.

Damit das elektrische Kontaktelement 44 an der Oberseite des LED-Halbleiterchips 11 freiliegt und mittels eines Bonddrahts 45 kontaktiert werden kann, ist in Fig. 4A eine Ecke des Kon versionselements 12 ausgestanzt worden. Falls sich mehrere elektrische Kontaktelemente 44 an der Oberseite des LED-Halb leiterchips 11 befinden, können eine oder mehrere weitere Ecken des Konversionselements 12 ausgestanzt werden. Anstelle eines Stanzprozesses können die Ecken bzw. Bereiche des Konversions elements 12 auch mit Hilfe eines Laserstrahls entfernt werden oder das Konversionselement 12 kann derart hergestellt werden, dass die entsprechenden Ecken bzw. Bereiche von vornherein nicht vorhanden sind.

In Fig. 4B erstreckt sich ein elektrisches Kontaktelement 44 entlang einer Kante an der Oberseite des LED-Halbleiterchips 11. Hier ist das Konversionselement 12 entsprechend verschoben, um eine Kontaktierung des elektrischen Kontaktelements 44 mit Bonddrähten 45 zu ermöglichen.

Nicht alle vier Seiten des Konversionselements 12 müssen einen Rahmen 13 aus reflektierendem Material aufweisen. Je nach Chiptyp bzw. Applikationsanforderung können auch nur ein, zwei oder drei Seiten des Konversionsmaterials 14 von dem Rahmen 13 umgeben sein. Fig. 4C zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem diejenige Seite des Konversionselements 12 keinen Rahmen 13 aufweist, auf der sich die Bonddrähte 45 befinden.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Verfahren be schrieben, mit denen sich die vorstehend beschriebenen opto elektronischen Vorrichtungen 10, 30 und 40 hersteilen lassen.

Zunächst wird ein Gitter 50 bereitgestellt, wie es beispielhaft in Fig. 5A in einer Draufsicht von oben und in Fig. 5B in einem Querschnitt dargestellt ist.

Das Gitter 50 ist aus einem reflektierenden Material gefertigt, d. h., Gitterknoten 51 und Gitterstege 52, welche die Gitter knoten 51 miteinander verbinden, sind aus dem reflektierenden Material gefertigt. In Freiräumen des Gitters, d. h., den Zwi schenräumen zwischen den Gitterknoten 51 und den Gitterstegen 52, befindet sich Konversionsmaterial 14.

Die Höhe h des Gitters 50 kann im Bereich von ca. 10 pm bis ca. 150 pm liegen. Die Stegbreite b kann im Bereich von ca. 5 pm bis ca. 500 pm liegen. Die Breite d eines Gitterfreiraums hängt von der Chipgröße ab und kann im Bereich von ca. 0,1 mm bis ca. 2 mm liegen. Werte für die Höhe h, die Stegbreite b und die Breite d außerhalb der vorstehend genannten Bereiche sind auch möglich .

Die Gitterstege 52 können sich senkrecht zu den Hauptoberflächen des Gitters 50 erstrecken oder können schräg angeordnet sein, wie beispielhaft in Fig. 5C gezeigt ist. Dort verjüngen sich die Gitterstege 52 ausgehend von einer Hauptoberfläche des Git ters 50 in Richtung der anderen Hauptoberfläche. Beispielsweise können die Gitterstege 52 an einer Hauptoberfläche des Gitters 50 eine Breite bi aufweisen, die größer ist als die Breite b2 der Gitterstege 52 an der anderen Hauptoberfläche des Gitters 50. Je nach Applikation kann das Gitter 50 mit der einen oder der anderen Hauptoberfläche auf ein optoelektronisches Bauele ment montiert werden.

Fig. 6A und 6B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Gitters 50.

Reflektierendes Material 61, beispielsweise mit Titandioxid o- der mit einem anderen reflektierenden Material gefülltes Poly siloxan oder Silikon, wird in flüssigem Zustand mittels Rakeln in ein Formteil 60 eingearbeitet, wie in Fig. 6A gezeigt ist. Das Formteil 60 hat die Maße des späteren Gitters 50. Das Rakel kann dabei über das Formteil 60 bewegt werden oder aber das Formteil 60 wird relativ zum Rakel bewegt.

Nach dem Trocknen und Aushärten kann das in Fig. 6B dargestellte Gitter 50 aus dem Formteil 60 gelöst werden.

Als Alternative kann das Gitter 50 auch vorgefertigt sein und beispielsweise mittels Molden, Dispensen, Spritzgießen oder an deren geeigneten Techniken aus Silikon, Epoxid, Aluminium oder anderen Materialien hergestellt werden. Fig. 7A bis 7E zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von Konversionselementen 12.

Fig. 7A zeigt, dass flüssiges Konversionsmaterial 14 in das Gitter 50 aus dem reflektierenden Material mittels Rakeln ge füllt wird. Das Konversionsmaterial 14 enthält Phosphorpartikel in einer Matrix aus Polysiloxan.

Die aus dem Konversionsmaterial 14 in dem Gitter 50 gebildete Konversionsschicht kann unterschiedlich aufgebaut sein.

Wie Fig. 7B zeigt, können die Phosphorpartikel in dem Konver sionsmaterial 14 der Konversionsschicht homogen verteilt sein, um eine Volumenkonversion zu erzielen.

Alternativ können die Phosphorpartikel in der Konversions schicht nach dem Einbringen des Konversionsmaterials 14 in das Gitter 50 und vor dem Aushärten des Konversionsmaterials 14 sedimentieren . Eine derartige Konversionsschicht ist beispiel haft in Fig. 7C dargestellt.

Gemäß einer weiteren, in Fig. 7D dargestellten Variante wird eine Doppelschicht erzeugt, indem zweimal nacheinander gerakelt wird. Zunächst wird eine erste Schicht 65, die Polysiloxan mit Phosphorpartikeln enthält, erzeugt und anschließend wird eine zweite Schicht 66 erzeugt, die keine Phosphorpartikel, sondern gehärtete Polysiloxonpartikel in Polysiloxan enthält.

Nach dem Aushärten des Konversionsmaterials 14 kann das Gitter 50 durch Sägen oder Stanzen vereinzelt werden und es werden die in Fig. 7E dargestellten Konversionselemente 12 erhalten, die wie in Fig. 1B lediglich einen Rahmen 13 aus reflektierendem Material oder wie in Fig. 2B eine zusätzliche Mikrostruktur aus reflektierendem Material innerhalb des Rahmens 13 enthalten. Die Konversionselemente 12 mit der zusätzlichen Mikrostruktur können für pixelierte Lichtquellen eingesetzt werden.

Anschließend werden die Konversionselemente 12 auf die LED- Halbleiterchips 11 geklebt.

Fig. 8A bis 8E zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von Konversionselementen 12.

Fig. 8A zeigt, dass zunächst das Konversionsmaterial 14 auf eine Folie 70 gerakelt wird. Das Konversionsmaterial 14 kann auch hier aus Phosphorpartikeln, die in Poylsiloxan eingebettet sind, bestehen .

Durch das Aufbringen des Konversionsmaterials 14 auf die Folie 70 wird eine Schicht 71 erhalten. Die Phosphorpartikel können in der Schicht 71 homogen verteilt sein, wie in Fig. 8B gezeigt ist. Alternativ können die Phosphorpartikel in der Schicht 71 vor dem Aushärten des Konversionsmaterials 14 sedimentieren o- der die Schicht 71 kann wie in Fig. 7D aus einer Doppelschicht bestehen, wobei eine erste Schicht Polysiloxan mit Phosphorpar tikeln enthält und eine zweite Schicht keine Phosphorpartikel, sondern gehärtete Polysiloxonpartikel in Polysiloxan enthält.

Anschließend wird, wie in Fig. 8C gezeigt ist, eine gitterför mige Aussparung bzw. ein Raster 72 in die Schicht 71 einge bracht, indem Material aus der Schicht 71 beispielsweise durch Sägen entfernt wird. Dadurch werden einzelne Segmente aus der Schicht 71 erzeugt sowie zwischen den Segmenten liegende Zwi schenräume 73.

Die Zwischenräume 73 werden gemäß Fig. 8D durch Rakeln mit dem reflektierenden Material 61, z. B. Polysiloxan mit Titandi oxidpartikeln, gefüllt, um schließlich das Gitter 50 zu erzeu- gen . Das Gitter 50 kann durch Sägen oder Stanzen vereinzelt werden, um die in Fig. 8E dargestellten Konversionselemente 12 mit oder ohne Mikrostruktur zu erhalten.

Fig. 9A bis 9D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung von Konversionselementen 12, welches dem in Fig. 8A bis 8E gezeigten Verfahren in weiten Teilen ähnlich ist.

Fig. 9A zeigt, dass analog zu Fig. 8A und 8B durch Rakeln zwei Schichten 81, 82 aus Konversionsmaterial auf Folien 70 generiert werden. Die Schichten 81, 82 können sich beispielsweise durch unterschiedliche Konversionspartikel oder unterschiedliche Kon versionslösungen voneinander unterscheiden.

In beide Schichten 81, 82 wird gemäß Fig. 9B durch Sägen eine gitterförmige Aussparung bzw. ein Raster 72 eingebracht, um einzelne Segmente 83 aus der Schicht 81 und einzelne Segmente 84 aus der Schicht 82 zu erzeugen.

Anschließend werden die Segmente 83 und 84 gemeinsam, beispiels weise mit Hilfe eines Positionierungssystems bzw. eines Pick- and-Place-Systems , rasterförmig auf einer Folie 85 derart an geordnet, dass sich Zwischenräume 86 für das spätere Gitter 50 zwischen den Segmenten 83, 84 befinden, wie in Fig. 9C gezeigt ist .

Die Zwischenräume 86 werden gemäß Fig. 9C durch Rakeln mit dem reflektierenden Material 61, z. B. Polysiloxan mit Titandi oxidpartikeln, gefüllt, um schließlich das Gitter 50 zu erzeu gen .

Anschließend wird das Gitter 50 durch Sägen oder Stanzen ver einzelt, um die in Fig. 9E dargestellten Konversionselemente 12 mit oder ohne Mikrostruktur zu erhalten. Die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen optoelektroni schen Vorrichtungen können zum Beispiel in Scheinwerfern für Fahrzeuge, Blitzlichtern und/oder Bühnenbeleuchtungen einge setzt werden. Für Fahrzeugscheinwerfer eignen sich insbesondere als Oberflächenemitter ausgebildete LED-Halbleiterchips mit Konversionselementen gemäß den Fig. 1, 3 und 4 oder Multipixel- LED-Halbleiterchips mit Konversionselementen gemäß den Fig. 2, 3 und 4. Für Blitzlichter können Multipixel-LED-Halbleiterchips in Verbindung mit Konversionselementen gemäß den Fig. 2, 3, 4 und 9 eingesetzt werden. Für Bühnenbeleuchtungen können bei spielsweise als Oberflächenemitter ausgebildete LED-Halbleiter- chips mit darauf montierten Konversionselementen gemäß den Fig. 1, 3 und 4 verwendet werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 optoelektronische Vorrichtung

11 LED-Halbleiterchip

12 Konversionselement

13 Rahmen

14 Konversionsmaterial

21 erste Hauptoberfläche

22 zweite Hauptoberfläche

23 Seitenfläche

24 Grenzfläche

26 erste Hauptoberfläche

27 zweite Hauptoberfläche

28 Seitenfläche

30 optoelektronische Vorrichtung

31 Pixel

32 Bereich

40 optoelektronische Vorrichtung

41 elektrisches Kontaktelement

42 Substrat

43 Gehäuse

44 elektrisches Kontaktelement

45 Bonddraht

50 Gitter

51 Gitterknoten

52 Gittersteg

60 Formteil

61 reflektierendes Material

65 erste Schicht

66 zweite Schicht

70 Folie

71 Schicht

72 Raster

73 Zwischenraum

81 Schicht 82 Schicht

83 Segment

84 Segment

85 Folie

86 Zwischenraum