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Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - einem Träger (2) mit einer Trägeroberseite (20), - mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (3) , der zu einer Strahlungserzeugung vorgesehen ist und der an der Trägeroberseite (20) angebracht ist, - einem Gehäusekörper (4), in dem der Halbleiterchip (3) angebracht ist und der sich an der Trägeroberseite (20) befindet, - mindestens einem optischen Element (5) , das sich an dem Gehäusekörper (4) befindet und das dem Halbleiterchip (3) entlang einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, wobei das optische Element (5) dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Halbleiterbauteils (1) punktuell oder flächig verformt zu werden, sodass eine räumliche und/oder spektrale Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauteils (1) einstellbar ist. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das optische Element (5) mindestens ein Reflektor ist, der sich in einer Ausnehmung (45) des Gehäusekörpers (4) befindet, wobei der Reflektor (5) mehrere Einschnitte (52) aufweist, die in radialer Richtung verlaufen und die als Ausgleichsfugen für die Verformung des Reflektors (5) eingerichtet sind. 3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, das einen inneren Reflektor (5a) und einen äußeren Reflektor (5b) aufweist, wobei beide Reflektoren (5a, 5b) in der Ausnehmung (45) angebracht sind und der äußere Reflektor (5b) dem inneren Reflektor (5a) optisch nachgeordnet ist und reflektierende Flächen der Reflektoren (5a, 5b) einander zugewandt sind. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Reflektor (5) dazu eingerichtet ist, mittelbar durch den Gehäusekörper (4) verformt zu werden, wobei bei einer Temperatur von 300 K ein Material des Gehäusekörpers (4) reversibel verformbar ist sowie eine Härte von höchstens Shore A 70 und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von mindestens 100 x 10-^ / aufweist und außerdem ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Trägers (2) bei höchstens 9 x 10~6 1/K liegt, und wobei der Gehäusekörper (4) beim Verformen formschlüssig an dem Reflektor (5) verbleibt. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Reflektor (5) dazu eingerichtet ist, punktuell oder flächig um mindestens 25 ym reversibel verformt zu werden, in Richtung senkrecht zu reflektierenden Flächen des Reflektors (5) . Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, das wenigstens ein Konversionselement (6) umfasst, das sich zwischen dem inneren Reflektor (5a) und dem Halbleiterchip (3) befindet, wobei das Konversionselement (6) ringsum von einem Zwischenraum und/oder von einer transparenten Vergussmasse (7) umgeben ist, in Draufsicht gesehen, und wobei sich der Zwischenraum und/oder die Vergussmasse (7) zwischen dem inneren Reflektor (5a) und dem äußeren Reflektor (5b) befindet. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der innere Reflektor (5a) , in einem Querschnitt gesehen, dreieckig oder wie ein Trapez geformt ist und sich hin zu dem Halbleiterchip (3) verjüngt, wobei der äußere Reflektor (5b) , im selben Querschnitt gesehen, wannenförmig ist. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens ein Temperierelement (81) umfasst, das dazu eingerichtet ist, den Gehäusekörper (4) zu temperieren und über eine temperaturabhängige Ausdehnung des Gehäusekörpers (4) den Reflektor (5) reversibel zu verformen, wobei ein mit dem Temperierelement (81) einstellbarer Temperaturbereich mindestens 40 K überspannt. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens einen Aktuator (82) zur Umwandlung elektrischer Signale in mechanische Bewegung umfasst, wobei der Aktuator (82) sich in dem Gehäusekörper (4) befindet, mechanisch mit dem Reflektor (5) gekoppelt und dazu eingerichtet ist, den Reflektor (5) reversibel zu verformen . 10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens eine Quetschvorrichtung (83) umfasst, die sich an dem Gehäusekörper (4) befindet und die dazu eingerichtet ist, über ein Verformen des Gehäusekörpers (4) den Reflektor (5) reversibel zu verformen. 11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Reflektor (5) unmittelbar an Seitenwänden der Ausnehmung (45) befestigt ist. 12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens ein Konversionselement (6) umfasst, wobei das Konversionselement (6) dem Reflektor (5) optisch nachgeordnet ist. 13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zumindest ein Leuchtstoff in dem Konversionselement (6) inhomogen verteilt ist. 14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich mit der Verformung ein Krümmungsradius des Reflektors (5) reversibel ändern lässt. |
Optoelektronisches Halbleiterbauteil Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, dessen räumliche und/oder spektrale Abstrahlcharakteristik im Betrieb einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen Träger mit einer Trägeroberseite. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte, eine Keramik oder eine Metallkernplatine handeln oder es umfasst der Träger mindestens einen Leiterrahmen. Bevorzugt umfasst der Träger elektrische Anschlusseinrichtungen und elektrische Leiterbahnen. Der Träger ist insbesondere die das Halbleiterbauteil mechanisch tragende und stabilisierende Komponente .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische
Halbleiterchips. Der mindestens eine Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer Strahlung vorgesehen. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um eine Leuchtdiode oder um eine Laserdiode. Insbesondere emittiert der Halbleiterchip im Betrieb Strahlung im nahen ultravioletten oder im blauen Spektralbereich. Ebenso ist es möglich, dass der Halbleiterchip farbiges Licht oder weißes Licht emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip an der Trägeroberseite angebracht. Insbesondere ist der
Halbleiterchip mit der Trägeroberseite mechanisch und
elektrisch verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Halbleiterbauteil einen Gehäusekörper. Der Halbleiterchip ist bevorzugt in dem Gehäusekörper angebracht. In Draufsicht gesehen kann der Halbleiterchip ringsum von dem Gehäusekörper umgeben sein und sich in einer Aussparung in dem
Gehäusekörper befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der
Gehäusekörper an der Trägeroberseite. Insbesondere ist der Gehäusekörper mit der Trägeroberseite mechanisch fest und dauerhaft verbunden. Der Gehäusekörper kann mittelbar oder unmittelbar an der Trägeroberseite befestigt sein. Ebenso ist es möglich, dass der Gehäusekörper den Träger teilweise oder vollständig umgibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil mindestens ein optisches Element auf. Das optische Element befindet sich an dem Gehäusekörper.
Insbesondere ist das optische Element dauerhaft und fest mit dem Gehäusekörper verbunden. Der Begriff dauerhaft kann bedeuten, dass sich das optische Element im
bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils nicht von dem Gehäusekörper löst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische
Element dem Halbleiterchip entlang einer Abstrahlrichtung nachgeordnet. Mit anderen Worten folgt das optische Element dem Halbleiterchip optisch nach. Das kann bedeuten, dass ein überwiegender Teil oder die gesamte vom Halbleiterchip im
Betrieb erzeugte Strahlung zu dem optischen Element gelangt. Bevorzugt erfährt mindestens ein Teil der vom Halbleiterchip erzeugten Strahlung durch das optische Element eine
Richtungsänderung und/oder eine spektrale Änderung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische
Element dazu eingerichtet, im Betrieb des Halbleiterbauteils punktuell oder flächig verformt zu werden. Durch eine
Verformung des optischen Elements ist eine räumliche und/oder spektrale Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauteils einstellbar. Die Verformung des optischen Elements ist besonders bevorzugt reversibel. Zur Einstellung der
Abstrahlcharakteristik kann das Halbleiterbauteil an eine Steuereinheit angeschlossen oder mit einer Steuereinheit versehen sein. Über eine solche Steuereinheit ist eine gezielte Regelung der Abstrahlcharakteristik möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optischen Element um einen Reflektor oder es umfasst das optische Element einen oder mehrere Reflektoren. Es ist möglich, dass das optische Element frei ist von einer
refraktiven Komponente wie einer Linse.
In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen Träger an einer Trägeroberseite. An der Trägeroberseite ist mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip, der zu einer
Strahlungserzeugung vorgesehen ist, angebracht. Ferner befindet sich an der Trägeroberseite ein Gehäusekörper, in dem der Halbleiterchip angebracht ist. An dem Gehäusekörper befindet sich mindestens ein optisches Element, das bevorzugt einen Reflektor umfasst oder durch einen Reflektor gebildet ist. Das optische Element ist dem Halbleiterchip entlang einer Abstrahlrichtung nachgeordnet. Weiterhin ist das optische Element dazu eingerichtet, im Betrieb des
Halbleiterbauteils punktuell oder flächig verformt zu werden, sodass eine räumliche und/oder spektrale
Abstrahlcharakteristik des Halbleiterbauteils einstellbar ist .
In vielen Anwendungen ist eine flexible Anpassung einer
Abstrahlcharakteristik einer Lichtquelle gewünscht, um eine Beleuchtungssituation an die jeweiligen Erfordernisse
anpassen zu können. Beispielsweise bei Scheinwerfern, bei so genannten Spot-Lights oder bei Büroleuchten können mehrere Beleuchtungssituationen erwünscht sein, zum Beispiel zu einer Umschaltung zwischen einer Raumbeleuchtung und einer
Schreibtischbeleuchtung. Ebenso können, etwa abhängig von der Tageszeit oder von einer Umgebungsbeleuchtung,
unterschiedliche spektrale Zusammensetzungen der emittierten Strahlung gewünscht sein. Dies ist realisierbar durch separate, dem Halbleiterbauteil nachgeschaltete Optiken, die bewegliche Bauteile aufweisen. Solche Optiken führen allerdings zu einem vergleichsweise großen Platzbedarf. Weiterhin kann ein Halbleiterbauteil mehrere Leuchtdiodenchips umfassen, die unabhängig
voneinander ansteuerbar sind und über die eine insbesondere spektrale Einstellung einer Abstrahlcharakteristik möglich ist. Solche Halbleiterbauteile erfordern jedoch einen
vergleichsweise großen Aufwand bei der Ansteuerung und weisen eine nur eingeschränkte Langzeitstabilität hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung der emittierten Strahlung auf.
Durch das angegebene Halbleiterbauteil ist ein kompaktes System mit nur vergleichsweise geringem Platzbedarf gegeben, über das langzeitstabil eine räumliche und/oder spektrale Abstrahlcharakteristik einstellbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das optische Element, bei dem es sich, wie oben angegeben, bevorzugt um einen Reflektor handelt, in einer Ausnehmung des Gehäusekörpers. Es ist möglich, dass sich das optische
Element vollständig in der Ausnehmung befindet und aus der Ausnehmung nicht herausragt. Alternativ ist es möglich, dass das optische Element der Ausnehmung nachgeordnet ist und die Ausnehmung vollständig oder zum Teil überdeckt. Bevorzugt ist das optische Element unmittelbar an dem Gehäusekörper
befestigt und steht, mindestens punktuell, in direktem
Kontakt zu dem Gehäusekörper.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optisehe Element einen oder mehrere Einschnitte auf. Die Einschnitte verlaufen bevorzugt in radialer Richtung und dienen als
Ausgleichsfugen für eine Verformung des optischen Elements .
Die nachfolgend in Verbindung speziell mit dem Reflektor angegebenen Merkmale sind auch für das optische Element im Allgemeinen offenbart. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor dazu eingerichtet, mittelbar durch den Gehäusekörper verformt zu werden. Dies kann bedeuten, dass eine Kraft auf den
Gehäusekörper einwirkt und über diese Krafteinwirkung eine Form des Gehäusekörpers geändert wird. Diese Formänderung setzt sich auf dem Reflektor fort, sodass wiederum der
Reflektor in seiner Form geändert wird. Die Formänderungen sowohl des Gehäusekörpers als auch des Reflektors sind reversibel. Der Gehäusekörper verbleibt dabei beim Verformen bevorzugt formschlüssig an dem Reflektor. Dies kann bedeuten, dass eine Kontaktfläche zwischen dem Gehäusekörper und dem Reflektor sich beim Verformen nicht oder nicht signifikant ändert. Durch das Verformen finden dann bevorzugt keine partielle Delamination des Gehäusekörpers vom Reflektor statt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Material des Gehäusekörpers bei einer Temperatur von 300 K eine Härte von höchstens Shore A 70 oder von höchstens Shore A 50 auf. Mit anderen Worten ist der Gehäusekörper aus einem relativ weichen Material geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Materials des Gehäusekörpers bei einer Temperatur von 300 K mindestens 100 x 10-^ / oder mindestens 150 x 10-^ / oder mindestens 200 x 10-^ ι/κ. Der Gehäusekörper weist dann, insbesondere im Vergleich zu dem Halbleiterchip, einen großen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Trägers bei einer Temperatur von 300 K höchstens 9 x 10 ~6 1/K oder höchstens 7 x 10 ~6 1/K. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Trägers entspricht bevorzugt ungefähr dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterchips. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor dazu eingerichtet, punktuell oder flächig um mindestens 10 μιη oder um mindestens 25 μιη oder, bevorzugt, um mindestens 50 μιη oder um mindestens 100 μιη reversibel verformt zu werden. Bei den genannten Zahlenwerten handelt es sich insbesondere um eine maximale Lageänderung einer bestimmten Region der
reflektierenden Fläche des Reflektors im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils. Die genannten Verformungen sind bevorzugt im routinemäßigen und bestimmungsgemäßen
Gebrauch des Halbleiterbauteils wiederholt und oft erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil einen inneren Reflektor und einen äußeren Reflektor auf. Beide Reflektoren sind bevorzugt vollständig in der Ausnehmung des Gehäusekörpers angebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der äußere
Reflektor dem inneren Reflektor optisch nachgeordnet. Dies kann bedeuten, dass zum äußeren Reflektor im Wesentlichen nur solche Strahlung des Halbleiterchips gelangt, die an dem inneren Reflektor bereits reflektiert wurde. Reflektierende Flächen der Reflektoren sind bevorzugt einander zugewandt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
optoelektronische Halbleiterbauteil ein oder mehrere
Konversionselemente. Das mindestens eine Konversionselement ist dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung teilweise oder vollständig in eine Strahlung einer anderen, insbesondere größeren Wellenlänge umzuwandeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das
Konversionselement teilweise oder vollständig zwischen dem inneren Reflektor und dem Halbleiterchip. Das Konversionselement kann den inneren Reflektor sowie den
Halbleiterchip jeweils berühren. Es ist möglich, dass das Konversionselement formschlüssig zu dem Halbleiterchip und/oder dem inneren Reflektor geformt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement und/oder der innere Reflektor eine
laterale Ausdehnung auf, die mindestens der lateralen
Ausdehnung des Halbleiterchips entspricht. Insbesondere liegt die laterale Ausdehnung des Konversionselements und/oder des inneren Reflektors zwischen dem Einfachen und dem Doppelten der lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der äußere
Reflektor einen Durchmesser auf, der mindestens ein 1,5- Faches oder mindestens ein 4-Faches der mittleren lateralen Ausdehnung des Halbleiterchips und/oder des
Konversionselements und/oder des inneren Reflektors
entspricht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement ringsum von einem Zwischenraum, der evakuiert oder mit einem Gas gefüllt ist, und/oder von einer transparenten Vergussmasse umgeben, in Draufsicht gesehen. Es ist möglich, dass das Konversionselement dann keine
Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen
Halbleiterbauteils bildet und/oder die vom Konversionselement emittierte Strahlung nachfolgend durch das optische Element beeinflusst wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der
Zwischenraum und/oder die Vergussmasse zwischen dem inneren Reflektor und dem äußeren Reflektor. Der Zwischenraum und/oder die Vergussmasse können in unmittelbarem Kontakt zu den beiden Reflektoren stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der innere
Reflektor, in einem Querschnitt insbesondere senkrecht zu einer Strahlungshauptseite des Halbleiterchips gesehen, eine dreieckige Grundform oder die Grundform eines Trapezes auf. In Richtung hin zu dem Halbleiterchip verjüngt sich der innere Reflektor bevorzugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der äußere
Reflektor, im selben Querschnitt gesehen wie der innere
Reflektor, wannenartig geformt. Insbesondere weist der äußere Reflektor die Form einer Parabel oder einer Hyperbel auf. In Richtung weg von dem Halbleiterchip weitet sich der äußere Reflektor bevorzugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil mindestens eine
Verformungsvorrichtung. Die Verformungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Gehäusekörper, den inneren Reflektor und/oder den äußeren Reflektor zu verformen. Die
Verformungsvorrichtung kann thermisch, mechanisch und/oder elektrisch arbeiten. Bevorzugt ist die Verformungseinrichtung in den Gehäusekörper eingebettet, an dem Gehäusekörper angebracht oder an dem Träger angebracht. Geometrische
Abmessungen der Verformungsvorrichtung übersteigen
geometrische Abmessungen des Gehäusekörpers bevorzugt höchstens um einen Faktor 2. Insbesondere ist die
Verformungsvorrichtung, von ihren geometrischen Abmessungen her, höchstens so groß wie der Gehäusekörper. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Verformungsvorrichtung durch ein oder mehrere
Temperierelemente gebildet. Das mindestens eine
Temperierelement ist dazu eingerichtet, den Gehäusekörper und/oder den Träger zu temperieren. Über eine
temperaturabhängige Ausdehnung des Gehäusekörpers lässt sich der Reflektor reversibel verformen. Ebenso ist es möglich, dass über das Temperierelement ein insbesondere an dem inneren Reflektor angebrachter Zwischenkörper verformt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Temperierelement dazu eingerichtet, eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von mindestens 40 K einzustellen. Mit anderen Worten ist von dem Temperierelement ein
Temperaturbereich von mindestens 40 K überspannbar. Bevorzugt überspannt dieser Temperaturbereich mindestens 60 K oder mindestens 80 K.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Verformungsvorrichtung durch einen oder mehrere Aktuatoren gebildet. Der mindestens eine Aktuator ist zu einer
Umwandlung elektrischer Signale in eine mechanische Bewegung und/oder in eine mechanische Position eingerichtet. Bei dem Aktuator handelt es sich zum Beispiel um ein Piezoelement oder um so genannte Nanotube-Aktuatoren, die beispielsweise auf Kohlenstoff-Nanoröhren basieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der mindestens eine Aktuator in dem Gehäusekörper und ist mit dem Reflektor bevorzugt unmittelbar mechanisch gekoppelt und kann den Reflektor berühren. Über den Aktuator ist der Reflektor, punktuell oder flächig, reversibel verformbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich der
Aktuator an einer dem Träger abgewandten Seite des Reflektors und übt eine Kraft in Richtung senkrecht zur Trägeroberseite auf den Reflektor, insbesondere den inneren Reflektor, aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Verformungsvorrichtung durch eine Quetschvorrichtung
gebildet. Die Quetschvorrichtung befindet sich an dem
Gehäusekörper und ist dazu eingerichtet, über ein Verformen des Gehäusekörpers den Reflektor reversibel zu verformen. Insbesondere sind durch die Quetschvorrichtung äußere
laterale Abmessungen des Gehäusekörpers, in Draufsicht gesehen, änderbar. Die Quetschvorrichtung kann manuell oder automatisch angesteuert sein. Es ist möglich, dass die
Quetschvorrichtung elektrisch betreibbar und ansteuerbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor oder mindestens einer der Reflektoren unmittelbar an Seitenwänden der Ausnehmung in dem Gehäusekörper befestigt. Bevorzugt löst sich der Reflektor dann im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils nicht von den Seitenwänden der Ausnehmung. Der Reflektor kann auf den Seitenwänden erzeugt oder an den Seitenwänden etwa über ein Klebemittel befestigt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement oder ist mindestens eines der
Konversionselemente dem Reflektor optisch nachgeordnet. Es ist möglich, dass durch das Konversionselement dann eine Lichtaustrittsfläche des Halbleiterbauteils gebildet ist. Bevorzugt überdeckt das Konversionselement die Ausnehmung in dem Gehäusekörper vollständig. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement einen oder mehrere Leuchtstoffe auf. Bei den Leuchtstoffen handelt es sich zum Beispiel um Seltenerden dotierte Granate, Orthosilikate, Silizium-Oxinitride oder Silizium-Nitride. Die Leuchtstoffe können Partikelform haben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt mindestens einer der Leuchtstoffe oder liegen alle Leuchtstoffe inhomogen verteilt in dem Konversionselement vor. Die Leuchtstoffe können hinsichtlich ihrer Konzentration einen
kontinuierlichen Gradienten aufweisen oder bezüglich ihrer Konzentration gemäß einer Stufenfunktion verteilt sein.
Beispielsweise liegen einzelne Leuchtstoffe nur in
bestimmten, lateral benachbarten und scharf voneinander abgegrenzten Teilbereichen vor. Ebenso ist es möglich, dass mindestens einer der Leuchtstoffe sowohl in lateraler
Richtung als auch in eine Richtung senkrecht hierzu variiert ist. Ein Konzentrationsprofil ist dann beispielsweise
pyramidenstumpfförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform lässt sich durch die Verformung des Gehäusekörpers und/oder des Reflektors ein Krümmungsradius des Reflektors reversibel ändern. Über eine Änderung des Krümmungsradius ist auch eine Änderung einer Brennweite des Reflektors möglich. Durch die Verformung des Krümmungsradius lässt sich die Brennweite bevorzugt um mindestens einen Faktor 1,2 oder um mindestens einen Faktor 1 , 5 ändern . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Gehäusekörper aus einem Polysiloxan oder aus einem Polymer wie
Polytetrafluorethylen, Polyethylen oder Polypropylen geformt. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil 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 bis 12 und 14 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und Figur 13 schematische Schnittdarstellungen von
Konversionselementen für hier beschriebene Halbleiterbauteile .
In Figur 1 ist in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Träger 2 mit einer Trägeroberseite 20. Der Träger 2 beinhaltet bevorzugt elektrische Leiterbahnen und elektrische Anschlusseinrichtungen, die in den Figuren nicht gezeichnet sind.
Auf der Trägeroberseite 20 ist mindestens ein
optoelektronischer Halbleiterchip 3 angebracht, der eine der Trägeroberseite 20 abgewandte Strahlungshauptseite 30 aufweist. Bei dem Halbleiterchip 3 handelt es sich
beispielsweise um eine im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdiode . Ferner ist auf der Trägeroberseite 20 ein Gehäusekörper 4 angebracht. Der Gehäusekörper 4 weist bevorzugt eine
Aussparung auf, in der sich der Halbleiterchip 3 befindet. In Draufsicht gesehen, vergleiche Figur 6, umgibt der
Gehäusekörper 4 den Halbleiterchip 3 ringsum. Die
Trägeroberseite 20 kann vollständig von dem Gehäusekörper 4, zusammen mit dem Halbleiterchip 3, bedeckt sein.
Es ist möglich, wie in Figur 1 dargestellt, dass der
Gehäusekörper 4 Seitenflächen des Halbleiterchips 3 berührt und an diese Seitenflächen angeformt ist. Anders als
dargestellt ist es ebenso möglich, dass der Gehäusekörper 4 den Halbleiterchip 3 nicht berührt und beabstandet von diesem angeordnet ist.
Der Gehäusekörper 4 weist eine im Querschnitt gesehen
wannenförmige Ausnehmung 45 auf. An Seitenwänden der
Ausnehmung 45 befindet sich ein Reflektor 5. Der Reflektor 5 ist dem Halbleiterchip 3 optisch nachgeordnet, sodass mindestens ein Teil einer Strahlung R, die im Betrieb von dem Halbleiterchip 3 erzeugt wird, zu dem Reflektor 5 gelangt. Die Strahlung R ist in den Figuren nur stark vereinfacht symbolisiert . Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es optional möglich, dass in der Ausnehmung 45 auf der
Strahlungshauptseite 30 ein Konversionselement 6 aufgebracht ist. Über das Konversionselement 6 wird ein Teil der von dem Halbleiterchip 3 erzeugten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt. Es ist möglich, dass die
Ausnehmung 45 nicht vollständig durch das Konversionselement 6 ausgefüllt ist, sondern dass sich das Konversionselement 6 im Wesentlichen auf die Strahlungshauptseite 30 beschränkt, in Draufsicht gesehen.
Weiterhin kann das Halbleiterbauteil 1 optional eine
Vergussmasse 7 aufweisen. Die Vergussmasse 7 füllt,
gegebenenfalls zusammen mit dem Konversionselement 6, die Ausnehmung 45 insbesondere vollständig aus. Anders als dargestellt ist es möglich, dass die Vergussmasse 7 keine ebene, der Trägeroberseite 20 abgewandte Seite aufweist, sondern dass die Vergussmasse 7 linsenförmig geformt ist und etwa zu einer Strahlungsfokussierung eingerichtet ist. Die Vergussmasse 7 ist bevorzugt klarsichtig.
Das Halbleiterbauteil 1 weist eine Verformungsvorrichtung auf, siehe Figuren 2 bis 5. Durch die Verformungsvorrichtung, die in Figur 1 nicht gezeichnet ist, ist eine Form des
Reflektors 5 reversibel veränderbar. Hierdurch ist auch ein Strahlengang der von dem Halbleiterbauteil 1 emittierten Strahlung und somit eine Abstrahlcharakteristik einstellbar. Insbesondere ist durch die Verformung des Reflektors 5 eine Brennweite regelbar.
Gemäß Figur 2 ist die Verformungsvorrichtung durch eine
Quetschvorrichtung 83 gebildet. Über die Quetschvorrichtung 83 kann entlang einer lateralen Richtung eine Kraft F auf den Gehäusekörper 4 ausgeübt werden. Die Quetschvorrichtung 83 ist entweder an mehreren Punkten rings um den Gehäusekörper 4 herum angebracht oder umgibt den Gehäusekörper 4 ringsum, beispielsweise ringförmig. Eine Änderung der Form des
Reflektors 5 ist in Figur 2 durch eine Strich-Linie
symbolisiert, wobei die Strich-Linie schematisch die
Ausgangsform des Reflektors 5 ohne der Kraft F illustriert. Der Reflektor weist bevorzugt eine geringe Dicke auf, beispielsweise höchstens 5 μιη oder höchstens 10 μιη oder höchstens 20 μιη. Der Reflektor 5 kann durch eine
Dünnschichttechnik aufgebracht sein, zum Beispiel durch PVD, CVD oder Galvanik. Es ist möglich, dass der Reflektor aus einem reflektierenden Material besteht oder eine
reflektierende Beschichtung aufweist. Geeignete
reflektierende Materialien sind etwa Silber, Aluminium oder Gold. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Reflektor 5 als Bimetall mit Materialien unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten gestaltet ist. Zu einer besseren mechanischen Anhaftung des bevorzugt metallischen Reflektors 5 an dem Gehäusekörper 4 und/oder an der
Vergussmasse 7 kann der Reflektor 5 mit einer dünnen, strahlungsdurchlässigen Haftvermittlungsschicht, zum Beispiel mit oder aus einem Metall wie Titan und/oder mit einer Dicke von wenigen Nanometern, versehen sein. Auch in allen
Ausführungsbeispielen kann der Reflektor so aufgebaut sein. Gemäß Figur 3 ist die Verformungsvorrichtung durch mehrere elektromechanische Aktuatoren 82 gebildet, die punktuell eine Kraft F auf den Reflektor 5 ausüben und diesen verformen. Es ist möglich, dass der Reflektor 5 zeitweise von den
Seitenwänden der Ausnehmung 45 geringfügig beabstandet ist. Ebenso ist es möglich, dass sich der Gehäusekörper 4 zusammen mit dem Reflektor 5 verformt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die
Verformungsvorrichtung durch Temperierelemente 81 gebildet. Durch die Temperierelemente 81 wird der Gehäusekörper 4 geheizt oder gekühlt, relativ zu einer stationären
Betriebstemperatur des Halbleiterbauteils 1. Durch diese Temperierung verformt sich der Gehäusekörper 4 und es verformt sich ebenso der Reflektor 5. Bei dem
Temperierelement kann es sich um einen Heizwiderstand, eine Heizspirale oder ein Peltier-Element handeln. Eine Dicke des Gehäusekörpers 4 beträgt beispielsweise mindestens 500 μιη oder mindestens 800 μιτι, um aufgrund der thermischen Ausdehnung eines Materials des Gehäusekörpers 4 eine ausreichende Verformung des Reflektors 5 zu erzielen. Entlang einer lateralen Richtung, ausgehend vom
Halbleiterchip 3, ändert sich eine Dicke des Gehäusekörpers 4 bevorzugt um mindestens einen Faktor 3 oder um mindestens einen Faktor 10.
Anders als in Figur 4 dargestellt ist es auch möglich, dass sich zwischen dem Gehäusekörper 4 und dem Halbleiterchip 3 ein Trennspalt befindet, um den Halbleiterchip 3 von dem Gehäusekörper 4 thermisch zu entkoppeln und um eine
Dehnungsfuge zu schaffen. Gemäß Figur 5 sind die Temperierelemente an einer dem
Halbleiterchip 3 abgewandten Unterseite des Trägers 2
angebracht. Anders als dargestellt ist es möglich, dass sich die Temperierelemente 81 auf einen Randbereich des Trägers 2 beschränken und eine Fläche unmittelbar unterhalb des
Halbleiterchips 3 freilassen.
In Figur 6 ist eine schematische Draufsicht auf die
Halbleiterbauteile 1 gemäß der Figuren 1 bis 5 gezeigt.
Anders als gezeichnet kann der Reflektor 5 auch eine
quadratische, und nicht eine kreisartige, Grundform
aufweisen. Bevorzugt weist der Reflektor 5, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, radial verlaufende Einschnitte 52 auf. Die Anzahl der Einschnitte 52 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 3 und 64 oder zwischen einschließlich 3 und 16. Über die Einschnitte 52 ist eine Verformung des Reflektors 5 erleichtert, insbesondere da ein Material des Reflektors 5 eine größere Härte und geringere Verformbarkeit aufweisen kann als das Material des Gehäusekörpers 4.
Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 6 kann es sein, dass der Reflektor 5 vollständig segmentiert ist, dass die Einschnitte 52 sich also bis zu dem Halbleiterchip 3 hin erstrecken .
Das Halbleiterbauteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie in Figur 7 in der Schnittdarstellung gezeigt, weist einen inneren Reflektor 5a und einen äußeren Reflektor 5b auf.
Durch den inneren Reflektor 5a erfolgt eine Umlenkung der von dem Halbleiterchip 3 emittierten Strahlung R hin zu dem äußeren Reflektor 5b.
Optional befindet sich zwischen dem inneren Reflektor 5a und der Strahlungshauptseite 30 des Halbleiterchips 3 das
Konversionselement 6. Es ist möglich, dass der innere
Reflektor 5a auch zu einer elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 3 dient. Ferner ist es in allen
Ausführungsbeispielen möglich, dass das Konversionselement 6 und/oder der innere Reflektor 5a den Halbleiterchip 3 vollständig überdecken, in Draufsicht gesehen. Anders als dargestellt können das Konversionselement 6 und/oder der innere Reflektor 5a bündig mit der Strahlungshauptseite 30 abschließen und Deckungsgleich mit der Strahlungshauptseite 30 verlaufen, in Draufsicht gesehen.
In Figur 8 sind mehrere Realisierungsmöglichkeiten der
Verformungsvorrichtung zum Halbleiterbauteil gemäß Figur 7 dargestellt. In Figur 8A wird hierzu die Quetschvorrichtung 83 eingesetzt, vergleiche auch Figur 2. Die Formänderung des äußeren Reflektors 5b ist durch eine Strich-Linie
symbolisiert. Die Verformungsvorrichtungen gemäß der Figuren 8B, 8C und 8D entsprechen den Verformungsvorrichtungen, wie in Verbindung mit den Figuren 3, 4 und 5 gezeigt.
In Figur 9 ist ferner eine schematische Draufsicht auf das Halbleiterbauteil gemäß der Figuren 7 und 8 gezeigt. Anders als dargestellt, kann der innere Reflektor 5a auch andere Grundformen haben, vergleiche Figur 6.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 8 gezeigt, wird im Wesentlichen nur der äußere Reflektor 5b verformt. Der innere Reflektor 5a bleibt in seiner Form durch die
Verformungsvorrichtung im Wesentlichen ungeändert.
In Figur 10 sind weitere Ausführungsbeispiele des
Halbleiterbauteils 1 in Schnittdarstellungen gezeigt. Die zugehörige schematische Draufsicht findet sich in Figur 11.
Gemäß der Figuren 10A bis 10D wird jeweils der innere
Reflektor 5a verformt, in Figur 10A symbolisiert durch eine Strich-Linie. Der äußere Reflektor 5b bleibt von der
Verformung im Wesentlichen unbeeinflusst . Optional ist es, anders als gezeigt, aber ebenso möglich, zusätzlich den äußeren Reflektor 5b zu verformen, insbesondere wie in
Verbindung mit Figur 8 angegeben.
Gemäß Figur 10A ist an der dem Träger 2 abgewandten Seite des inneren Reflektors 5a ein Zwischenkörper 85 angebracht. Auf den Zwischenkörper 85 wird die Kraft F durch die
Quetschvorrichtung 83 ausgeübt. Hierdurch wird der innere Reflektor 5a verformt. Optional befindet sich zwischen dem inneren Reflektor 5a und dem Halbleiterchip 3 das Konversionselement 6, vergleiche Figuren 8A bis 8D, das auch verformt werden kann. Weiterhin ist optional der transparente Verguss 7 vorhanden, der auch als gasgefüllter Zwischenraum gebildet sein kann.
Anders als gezeichnet kann der transparente Verguss 7 von dem inneren Reflektor 5a entkoppelt sein und sich bei einer Verformung des inneren Reflektors 5a selbst nicht verformen. Weiterhin kann die Vergussmasse 7 eine Oberflächenkrümmung aufweisen, um optische Einflüsse durch die Verformung zu reduzieren . Gemäß Figur 10B ist zwischen einem Gegenkörper 84, der unbeweglich ist, und dem inneren Reflektor 5a der Aktuator 82, insbesondere in Form eines Piezoelements , angebracht. In Figur IOC ist die Verformungsvorrichtung durch die
Temperierelemente 81 gebildet, über die eine thermische Verformung des Zwischenkörpers 85 erreichbar ist.
In Figur 10D ist dargestellt, dass der innere Reflektor 5a nur punktuell verformt wird, insbesondere durch Aktuatoren 82. Hierdurch kann sich eine Krümmung des inneren Reflektors 5a ändern, beispielsweise von einer konkaven Krümmung hin zu einer konvexen Krümmung oder umgekehrt. Anders als
dargestellt können auch mehr als zwei Bereiche oder Punkte des Reflektors 5a der Kraft F ausgesetzt sein. Gemäß Figur 11 ist der innere Reflektor 5a mit den
Einschnitten 52 versehen, wie auch in Verbindung mit allen anderen Ausführungsbeispielen möglich. Ebenso kann auch der äußere Reflektor 5b Einschnitte aufweisen, anders als
dargestellt, siehe Figur 9.
Gemäß Figur 12A ist dem Reflektor 5a, 5b das
Konversionselement 6 nachgeordnet. Das Konversionselement 6 kann die Ausnehmung 45 vollständig überdecken. In dem
Konversionselement 6 liegt ein Gradient hinsichtlich einer Konzentration wenigstens eines Leuchtstoffs vor. Abhängig von der Verformung der Reflektoren 5a, 5b kann sich daher eine spektrale Charakteristik der Strahlung R ändern, sodass eine hiervon abweichende Strahlung R' erzeugt wird, vergleiche Figur 12B.
In Zusammenhang mit Figur 12A ist der innere Reflektor 5a lediglich optional vorhanden und kann auch weggelassen werden. Es werden der innere Reflektor 5a und/oder der äußere Reflektor 5b verformt, bevorzugt wie in Verbindung mit den Figuren 8 und 10 beschrieben. Abweichend von Figur 12A ist es möglich, dass sich zwischen dem inneren Reflektor 5a und dem Halbleiterchip 3 ein weiteres Konversionselement befindet, vergleiche insbesondere Figur 10.
In Figur 13 sind beispielhafte Möglichkeiten des
Konzentrationsgradienten des Leuchtstoffs in dem
Konversionselement 6 gezeigt. Gemäß Figur 6A weist das
Konversionselement 6 zwei Bereiche 61, 62 auf. Der Bereich 61 ist kegelstumpfförmig oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet und von dem Bereich 62 umgeben. In den Bereichen 61, 62 liegt ein Leuchtstoff jeweils in einer gleichbleibenden
Konzentration vor. Es ist möglich, dass einer der Bereiche 61, 62 frei von einem Leuchtstoff ist. Die Bereiche 61, 62 sind scharf voneinander abgegrenzt. Gemäß Figur 13B sind die Bereiche 61, 62, 63 scharf
voneinander abgegrenzt und lateral nebeneinander angeordnet. Abweichend hiervon können die Bereiche 61, 62, 63 alternativ oder zusätzlich auch in einer Richtung senkrecht hierzu geschichtet sein.
Gemäß Figur 13C gehen die Bereiche 61, 62 kontinuierlich ineinander über. Dies kann optional auch in Verbindung mit den Figuren 13A und 13B der Fall sein.
Die Konversionselemente 6, wie in Figur 13 illustriert, weisen im Querschnitt gesehen jeweils eine rechteckige
Grundform auf. Abweichend hiervon können die
Konversionselemente 6 aber, wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen, mit einer gekrümmten, dem
Halbleiterchip 3 abgewandten Oberseite versehen sein und beispielsweise ähnlich einer Konkavlinse oder einer
Konvexlinse geformt sein. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 14 werden nicht die
Reflektoren 5a, 5b verformt, sondern eine Kraft F wird auf das Konversionselement 6 selbst ausgeübt, beispielsweise durch Verformungsvorrichtungen, wie insbesondere in
Verbindung mit den Figuren 8 und 10 angegeben. Auch hierdurch ist eine spektrale Charakteristik der Strahlung R, siehe
Figur 14A, erzielbar, vergleiche die Strahlung R' in Figur 14B. In dem Konversionselement 6 liegt bevorzugt ein Gradient in der Konzentration mindestens eines Leuchtstoffs vor, vergleiche Figur 13.
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 2012 103 161.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.