DE102014107473A1

DE102014107473A1 - Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge, optoelektronisches Bauelement mit Konverterelement und Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements

Info

Publication number: DE102014107473A1
Application number: DE102014107473.4A
Authority: DE
Inventors: Vera Stöppelkamp; Ion Stoll; Markus Burger; Stefan Lange; Kathy Schmidtke
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-03
Also published as: WO2015181164A1

Abstract

Ein Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung umfasst ein Matrixmaterial, in das ein erster Leuchtstoff und ein erster Füllstoff eingebettet sind. Der erste Leuchtstoff weist ein kristallines erstes Wirtsmaterial auf, das mit einem ersten Aktivatormaterial dotiert ist. Der erste Füllstoff weist das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung gemäß Patentanspruch 1, ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 10 und ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements gemäß Patentanspruch 11.
Optoelektronische Bauelemente mit Konverterelementen zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise sind aus dem Stand der Technik Leuchtdioden-Bauelemente (LED-Bauelemente) bekannt, bei denen ein Konverterelement vorgesehen ist, eine Wellenlänge einer durch einen Leuchtdiodenchip (LED-Chip) erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren und so beispielsweise schmalbandiges blaues Licht in weißes Licht zu wandeln.
Derartige Konverterelemente weisen üblicherweise ein Matrixmaterial auf, in das wellenlängenkonvertierende Partikel eingebettet sind. Ein gängiges Verfahren zur Herstellung solcher Konverterelemente besteht im Sieb- oder Schablonendruck. Hierbei wird eine Paste des Matrixmaterials mit den eingebetteten Partikeln auf eine Trägerfolie gedruckt. Die Erzeugung glatter Oberflächen und präziser Konturen sind dabei wünschenswert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Konverterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einem optoelektronischen Halbleiterchip und einem Konverterelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Ein Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung weist ein Matrixmaterial auf, in das ein erster Leuchtstoff und ein erster Füllstoff eingebettet sind. Der erste Leuchtstoff weist ein kristallines erstes Wirtsmaterial auf, das mit einem ersten Aktivatormaterial dotiert ist. Der erste Füllstoff weist das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial auf. Vorteilhafterweise kann das Matrixmaterial dieses Konverterelements einen niedrigen Gehalt des ersten Leuchtstoffs aufweisen, ohne dass dies mit nachteiligen Eigenschaften des Matrixmaterials und/oder des Konverterelements einhergeht. Der niedrige Gehalt des ersten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial wird bei dem Matrixmaterial dieses Konverterelements vorteilhafterweise durch den in das Matrixmaterial eingebetteten ersten Füllstoff kompensiert. Dadurch kann das Matrixmaterial dieses Konverterelements Eigenschaften aufweisen, die eine Ausbildung des Konverterelements mit ausreichend glatten Oberflächen und ausreichend hoher Konturtreue ermöglichen. Der in das Matrixmaterial des Konverterelements eingebettete erste Füllstoff bewirkt dabei vorteilhafterweise keine oder nur eine geringe Verschlechterung der optischen Eigenschaften des Konverterelements. Ein weiterer Vorteil des Konverterelements besteht darin, dass für das Matrixmaterial ein Material mit guter Alterungsstabilität gewählt werden kann.
In einer Ausführungsform des Konverterelements ist der erste Leuchtstoff in Form von Leuchtstoff-Partikeln in das Matrixmaterial eingebettet. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine einfache Herstellung des Konverterelements aus dem Matrixmaterial.
In einer Ausführungsform des Konverterelements ist der erste Füllstoff in Form von Füllstoff-Partikeln in das Matrixmaterial eingebettet. Vorteilhafterweise bewirkt der in das Matrixmaterial eingebettete erste Füllstoff dadurch eine ähnliche Beeinflussung der Eigenschaften des Matrixmaterials wie der in das Matrixmaterial eingebettete erste Leuchtstoff. Dies ermöglicht es, das Konverterelement mit einem niedrigen Gehalt des ersten Leuchtstoffs auszubilden.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weisen die Füllstoff-Partikel eine mittlere Partikelgröße auf, die sich von einer mittleren Partikelgröße der Leuchtstoff-Partikel um weniger als 20 % unterscheidet, bevorzugt um weniger als 15 %, besonders bevorzugt um weniger als 10 %. Vorteilhafterweise bewirken die Füllstoff-Partikel dadurch eine ähnliche Beeinflussung der Eigenschaften des Matrixmaterials wie die in das Matrixmaterial eingebetteten Leuchtstoff-Partikel. Durch die ähnliche Größe der Füllstoff-Partikel und der Leuchtstoff-Partikel lässt sich vorteilhafterweise außerdem eine verbesserte Prozessstabilität in typischen Verarbeitungsprozessen des Matrixmaterials des Konverterelements erreichen. Insbesondere können der erste Leuchtstoff und der erste Füllstoff beispielsweise durch Sedimentationsprozesse in das Matrixmaterial eingebettet werden, wobei es aufgrund der ähnlichen Größe und Dichte der Füllstoff-Partikel und der Leuchtstoff-Partikel zu keiner oder nur zu einer sehr geringen Entmischung des ersten Leuchtstoffs und des ersten Füllstoffs kommt.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weisen die Füllstoff-Partikel eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 µm und 30 µm auf, bevorzugt eine mittlere Partikelgröße zwischen 10 µm und 30 µm, besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße zwischen 15 µm und 30 µm, ganz besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße zwischen 15 µm und 18 µm. Vorteilhafterweise hat sich gezeigt, dass das Matrixmaterial des Konverterelements für die Herstellung des Konverterelements besonders günstige Eigenschaften aufweist, wenn sich die mittlere Partikelgröße der Füllstoff-Partikel in dem genannten Größenbereich bewegt. Insbesondere kann das Konverterelement in diesem Fall ausreichend glatte Oberflächen und eine ausreichend hohe Konturtreue aufweisen.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist das erste Wirtsmaterial (Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂, (Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂, (Ba,Sr,Ca)₂SiO₄, (Ba,Sr,Ca)₂Si₅N₈, (Sr,Ca)AlSiN₃·Si₂N₂O, (Sr,Ca)AlSiN3, oder Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂ auf. Vorteilhafterweise eignen sich diese Wirtsmaterialien für eine Dotierung mit dem ersten Aktivatormaterial.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist das Matrixmaterial Silikon auf. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine kostengünstige Herstellung des Matrixmaterials und eine einfache Verarbeitung des Matrixmaterials. Darüber hinaus kann das aus dem Matrixmaterial hergestellte Konverterelement in diesem Fall günstige mechanische Eigenschaften und eine hohe Alterungsstabilität aufweisen.
In einer Ausführungsform des Konverterelements unterscheiden sich der Masseanteil des ersten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial und der Masseanteil des ersten Füllstoffs in dem Matrixmaterial um weniger als 50 %, bevorzugt um weniger als 20 %. Vorteilhafterweise ermöglicht der erste Füllstoff in diesem Fall eine Kompensation eines geringen Gehalts des ersten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial.
In einer Ausführungsform des Konverterelements ist in das Matrixmaterial ein zweiter Leuchtstoff und ein zweiter Füllstoff eingebettet. Der zweite Leuchtstoff weist ein kristallines zweites Wirtsmaterial auf, das mit einem zweiten Aktivatormaterial dotiert ist. Der zweite Füllstoff weist das zweite kristalline Wirtsmaterial ohne das zweite Aktivatormaterial auf. Vorteilhafterweise können in das Matrixmaterial des Konverterelements in diesem Fall zwei unterschiedliche Leuchtstoffe eingebettet sein. Die beiden Leuchtstoffe können beispielsweise dazu vorgesehen sein, elektromagnetische Strahlung in unterschiedliche Wellenlängen zu konvertieren. Dabei können beide Leuchtstoffe einen geringen Anteil in dem Matrixmaterial ausmachen. Der geringe Anteil der Leuchtstoffe in dem Matrixmaterial wird durch den in das Matrixmaterial eingebetteten ersten Füllstoff und den in das Matrixmaterial eingebetteten zweiten Füllstoff kompensiert, wobei ausgenutzt wird, dass der erste Füllstoff und der zweite Füllstoff die Eigenschaften des Matrixmaterials in ähnlicher oder gleicher Weise beeinflussen wie der erste Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff. Der zweite Leuchtstoff kann beispielsweise in Form von zweiten Leuchtstoff-Partikeln in das Matrixmaterial eingebettet sein. Entsprechend kann auch der zweite Füllstoff in Form zweiter Füllstoff-Partikel in das Matrixmaterial eingebettet sein.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Konverterelement der vorgenannten Art. Vorteilhafterweise kann das Konverterelement dieses optoelektronischen Bauelements einen niedrigen Gehalt des ersten Leuchtstoffs aufweisen. Wegen des in das Matrixmaterial des Konverterelements eingebetteten ersten Füllstoffs kann das Konverterelement dieses optoelektronischen Bauelements vorteilhafterweise trotzdem ausreichend glatte Oberflächen und eine ausreichend hohe Konturtreue aufweisen.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Matrixmaterials mit einem in das Matrixmaterial eingebetteten ersten Leuchtstoff und einem in das Matrixmaterial eingebetteten ersten Füllstoff, wobei der erste Leuchtstoff ein kristallines erstes Wirtsmaterial aufweist, das mit einem ersten Aktivatormaterial dotiert ist und wobei der erste Füllstoff das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial aufweist, und zum Herstellen eines Konverterelements aus dem Matrixmaterial mittels eines Druckverfahrens. Vorteilhafterweise kann das Matrixmaterial bei diesem Verfahren mit einem geringen Gehalt des ersten Leuchtstoffs ausgebildet werden. Dabei kompensiert der in das Matrixmaterial ebenfalls eingebettete erste Füllstoff den niedrigen Gehalt des ersten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial. Dadurch kann das Konverterelement bei der Herstellung des Konverterelements aus dem Matrixmaterial mittels des Druckverfahrens vorteilhafterweise mit ausreichend glatten Oberflächen und ausreichender Konturtreue hergestellt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Druckverfahren ein Sieb- oder ein Schablonendruckverfahren. Der in das Matrixmaterial eingebettete erste Füllstoff verhindert dabei vorteilhafterweise auch bei einem niedrigen Gehalt des ersten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial, dass sich eine Gitternetzstruktur eines bei dem Druckverfahren verwendeten Drucksiebs bzw. einer bei dem Druckverfahren verwendeten Druckschablone während des Herstellens des Konverterelements abformt und zu einer unebenen oder gezackten Oberfläche des Konverterelements führt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konverterelement derart auf eine erste Trägerfolie gedruckt, dass eine erste Oberfläche des Konverterelements der ersten Trägerfolie zugewandt ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren eine anschließende Ablösung des Konverterelements von der ersten Trägerfolie, um das Konverterelement beispielsweise auf einem optoelektronischen Halbleiterchip anzuordnen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konverterelement derart auf eine zweite Trägerfolie umgeklebt, dass eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche des Konverterelements der zweiten Trägerfolie zugewandt ist. Da die zweite Oberfläche des Konverterelements vorteilhafterweise durch den in dem Matrixmaterial enthaltenen ersten Füllstoff ausreichend glatt ausgebildet werden kann, haftet die zweite Oberfläche des Konverterelements dabei vorteilhafterweise gut an der zweiten Trägerfolie. Das Umkleben des Konverterelements von der ersten Trägerfolie auf die zweite Trägerfolie kann eine anschließende Anordnung des Konverterelements auf einer Oberseite eines optoelektronischen Halbleiterchips ermöglichen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konverterelement zwischen dem Drucken des Konverterelements und dem Umkleben des Konverterelements thermisch ausgehärtet. Vorteilhafterweise erhöht sich dadurch die mechanische Robustheit des Konverterelements.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
1 eine geschnittene Seitenansicht eines Konverterelements; und
2 eine perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem optoelektronischen Halbleiterchip und dem Konverterelement.
1 zeigt eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Konverterelements 100. Das Konverterelement 100 kann auch als Konverterplättchen bezeichnet werden. Das Konverterelement 100 ist zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung vorgesehen. Das Konverterelement kann in einem optoelektronischen Bauelement zur Konvertierung einer Wellenlänge von durch einen optoelektronischen Halbleiterchip des optoelektronischen Bauelements emittierter elektromagnetischer Strahlung genutzt werden. Beispielsweise kann das Konverterelement 100 in einem Leuchtdioden-Bauelement (LED-Bauelement) verwendet werden, um eine Wellenlänge von durch einen Leuchtdiodenchip (LED-Chip) des Leuchtdioden-Bauelements emittiertem Licht zu konvertieren. Dabei kann das Konverterelement 100 beispielsweise dazu dienen, von dem Leuchtdiodenchip emittiertes Licht mit einer Wellenlänge aus dem ultravioletten oder blauen Spektralbereich in weißes Licht zu konvertieren.
Das Konverterelement 100 weist ein Matrixmaterial 110 auf, in das ein Leuchtstoff 121 in Form von Leuchtstoff-Partikeln 120 eingebettet ist. Das Matrixmaterial 110 kann beispielsweise ein Silikon aufweisen. Der Leuchtstoff 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 bewirkt die Wellenlängenkonvertierung elektromagnetischer Strahlung. Hierzu ist der Leuchtstoff 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge zu absorbieren und anschließend elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten, typischerweise größeren, Wellenlänge zu emittieren.
Der Leuchtstoff 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 weist ein Wirtsmaterial auf, das mit einem Aktivatormaterial dotiert ist. Das Wirtsmaterial kann auch als Wirtsgitter bezeichnet werden. Das Wirtsmaterial des Leuchtstoffs 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 kann beispielsweise (Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al_1xGa_x)₅O₁₂, (Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂, (Ba,Sr,Ca)₂SiO₄, (Ba,Sr,Ca)₂Si₅N₈, (Sr,Ca)AlSiN₃·Si₂N₂O, (Sr,Ca)AlSiN3, oder Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂ aufweisen. Das Aktivatormaterial, mit dem das Wirtsmaterial des Leuchtstoffs 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 dotiert ist, kann beispielsweise Ce oder Eu sein. Der Leuchtstoff 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 weist bevorzugt eine kristalline Form auf.
Zusätzlich zu dem Leuchtstoff 121 ist ein Füllstoff 131 in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebettet. Der Füllstoff 131 ist in Form von Füllstoff-Partikeln 130 in das Matrixmaterial 110 eingebettet, die bevorzugt eine kristalline Form aufweisen. Der Füllstoff 131 weist das gleiche Wirtsmaterial auf wie der Leuchtstoff 121. Allerdings ist das Wirtsmaterial des Füllstoffs 131 nicht mit dem Aktivatormaterial dotiert. Dadurch ist der Füllstoff 131 nicht zur Wellenlängenkonvertierung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Die in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Füllstoff-Partikel 130 streuen auf sie auftreffende elektromagnetische Strahlung ohne Änderung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.
Der Masseanteil des in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebetteten Leuchtstoffs 121 entspricht bevorzugt im Wesentlichen dem Masseanteil des in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Füllstoffs 131. Bevorzugt unterscheiden sich der Masseanteil des in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Leuchtstoffs 121 und der Masseanteil des in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Füllstoffs 131 um weniger als 50 %, besonders bevorzugt sogar um weniger als 20 %. Der in das Matrixmaterial 110 eingebettete Leuchtstoff 121 kann beispielsweise einen Masseanteil von 30 % oder weniger aufweisen.
Da der Leuchtstoff 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 und der Füllstoff 131 der Füllstoff-Partikel 130 dasselbe Wirtsmaterial aufweisen, weisen die Füllstoff-Partikel 130 im Wesentlichen die gleiche Massedichte und den gleichen optischen Brechungsindex wie die Leuchtstoff-Partikel 120 auf. Auch die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex ist bei den Füllstoff-Partikeln 130 im Wesentlichen gleich wie bei den Leuchtstoff-Partikeln 120.
Die in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebetteten Leuchtstoff-Partikel 120 weisen eine mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 auf. Die in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebetteten Füllstoff-Partikel 130 weisen eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 auf. Bevorzugt entspricht die mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 der Leuchtstoff-Partikel 120 etwa der mittleren Füllstoff-Partikelgröße 132. Bevorzugt unterscheiden sich die mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 und die mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 um weniger als 20 %, besonders bevorzugt um weniger als 15 %, ganz besonders bevorzugt um weniger als 10 %. In diesem Fall ist es außerdem bevorzugt, dass sich die mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 der Leuchtstoff-Partikel 120 und die mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 der Füllstoff-Partikel 130 um weniger als 2 µm unterscheiden.
Falls die mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 der Leuchtstoff-Partikel 120 etwa der mittleren Füllstoff-Partikelgröße 132 der Füllstoff-Partikel 130 entspricht und die Leuchtstoff-Partikel 120 etwa die gleiche Massedichte aufweisen wie die Füllstoff-Partikel 130, so lässt sich vorteilhafterweise eine besonders hohe Prozessstabilität während der Verarbeitung des Matrixmaterials 110 mit den eingebetteten Leuchtstoff-Partikeln 120 und Füllstoff-Partikeln 130 erzielen. Dabei kommt es beispielsweise nur zu einer sehr geringen Entmischung der Leuchtstoff-Partikel 120 und der Füllstoff-Partikel 130 in dem Matrixmaterial 110.
Die in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebetteten Füllstoff-Partikel 130 können alternativ oder zusätzlich eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 zwischen 5 µm und 30 µm aufweisen, bevorzugt eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 zwischen 10 µm und 30 µm, besonders bevorzugt eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 zwischen 15 µm und 30 µm, ganz besonders bevorzugt eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 zwischen 15 µm und 18 µm. Falls die mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 größer als 10 µm, bevorzugt größer als 15 µm, ist, so wird auf die Füllstoff-Partikel 130 treffendes Licht vorteilhafterweise vorwiegend in Vorzugsrichtung gestreut, wodurch ein durch die in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebetteten Füllstoff-Partikel 130 bewirkter Lichtverlust gering gehalten werden kann.
Zusätzlich zu dem in Form der Leuchtstoff-Partikel 120 eingebetteten Leuchtstoff 121 kann ein weiterer Leuchtstoff in Form weiterer Leuchtstoff-Partikel in das Matrixmaterial 110 eingebettet sein. In diesem Fall ist der weitere Leuchtstoff ebenfalls zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung vorgesehen, kann dabei jedoch beispielsweise elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge erzeugen als der Leuchtstoff 121. Der in Form der weiteren Leuchtstoff-Partikel in das Matrixmaterial 110 eingebettete weitere Leuchtstoff weist ein weiteres Wirtsmaterial auf, das beispielsweise (Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂, (Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂, (Ba,Sr,Ca)₂SiO₄, (Ba,Sr,Ca)₂Si₅N₈, (Sr,Ca)AlSiN₃·Si₂N₂O, (Sr,Ca)AlSiN3, oder Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂ aufweisen kann. Das weitere Wirtsmaterial des weiteren Leuchtstoffs kann sich dabei von dem Wirtsmaterial des Leuchtstoffs 121 unterscheiden. Das weitere Wirtsmaterial des weiteren Leuchtstoffs ist mit einem weiteren Aktivatormaterial dotiert, das dem Aktivatormaterial des Leuchtstoffs 121 entsprechen oder sich von diesem unterscheiden kann.
Falls in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 ein weiterer Leuchtstoff in Form weiterer Leuchtstoff-Partikel eingebettet ist, so ist bevorzugt auch ein weiterer Füllstoff in Form weiterer Füllstoff-Partikel in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 eingebettet. Der weitere Füllstoff weist in diesem Fall das gleiche weitere Wirtsmaterial auf wie der weitere Leuchtstoff, wobei das weitere Wirtsmaterial bei dem weiteren Füllstoff allerdings nicht dotiert ist. Im Übrigen gilt für das Verhältnis des in Form der weiteren Füllstoff-Partikel in das Matrixmaterial 110 eingebetteten weiteren Füllstoffs zu dem in Form der weiteren Leuchtstoff-Partikel in das Matrixmaterial 110 eingebetteten weiteren Leuchtstoff dasselbe wie für das Verhältnis des in Form der Füllstoff-Partikel 130 in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Füllstoffs 131 zu dem in Form der Leuchtstoff-Partikel 120 in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Leuchtstoff 121.
Das Konverterelement 100 weist im dargestellten Beispiel eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform mit einer Oberseite 101 und einer der Oberseite 101 gegenüberliegenden Unterseite 102 auf. An einer sich zwischen der Oberseite 101 und der Unterseite 102 erstreckenden Kante der quaderförmigen Grundform des Konverterelements 100 kann, wie schematisch dargestellt, eine Aussparung 140 ausgebildet sein.
Das Konverterelement 100 kann durch ein Druckverfahren hergestellt werden. Das Druckverfahren kann beispielsweise ein Siebdruckverfahren oder ein Schablonendruckverfahren sein. Bei dem Druckverfahren wird das Matrixmaterial 110 mit den eingebetteten Leuchtstoff-Partikeln 120 und Füllstoff-Partikeln 130 in viskoser Pastenform unter Verwendung eines Drucksiebs oder einer Druckschablone auf eine Trägerfolie 200 gedruckt. Dabei wird die Unterseite 102 des Konverterelements 100 an der Oberfläche der Trägerfolie 200 ausgebildet. Das Konverterelement 100 kann gemeinsam mit einer Vielzahl weiterer entsprechender Konverterelemente 100 gleichzeitig auf die Trägerfolie 200 aufgedruckt werden.
Wegen der zusätzlich zu den Leuchtstoff-Partikeln 120 in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Füllstoff-Partikel 130 kann das Matrixmaterial 110 eine für die Durchführung des Druckverfahrens günstige Konsistenz aufweisen, auch wenn der Masseanteil der Leuchtstoff-Partikel 120 in dem Matrixmaterial 110 gering ist und beispielsweise bei weniger als 30 % liegt. Insbesondere kann die Oberseite 101 des Konverterelements 100 mit einer geringen Rauigkeit bzw. Unebenheit ausgebildet werden, wobei sich eine Gitternetzstruktur eines bei dem Druckverfahren verwendeten Drucksiebs bzw. einer bei dem Druckverfahren verwendeten Druckschablone nur in geringem Maße an der Oberseite 101 des Konverterelements 100 abbildet. Außerdem kann das Konverterelement 100 mit einer guten Konturtreue ausgebildet werden, beispielsweise im Bereich der Außenkanten und der Aussparung 140.
In einem der Herstellung des Konverterelements 100 aus dem Matrixmaterial 110 mittels des beschriebenen Druckverfahrens nachfolgenden Bearbeitungsschritt kann das Konverterelement 100 ausgehärtet werden, beispielsweise durch eine thermische Behandlung.
In einem weiteren nachfolgenden Bearbeitungsschritt kann das Konverterelement 100 auf eine zweite Trägerfolie umgeklebt und von der Trägerfolie 200 abgelöst werden. Das Umkleben des Konverterelements 100 erfolgt derart, dass die Oberseite 101 des Konverterelements 100 an der zweiten Folie anhaftet. Wegen der geringen Rauigkeit und Unebenheit der Oberseite 101 des Konverterelements 100 kann dabei vorteilhafterweise eine gute Anhaftung sichergestellt werden. Anstelle einer zweiten Trägerfolie kann auch ein anderes Werkzeug zur Handhabung des Konverterelements 100 (Pick&Place-Werkzeug) verwendet werden.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt kann das Konverterelement 100 auf einem optoelektronischen Halbleiterchip eines optoelektronischen Bauelements angeordnet werden.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements 400. Das optoelektronische Bauelement 400 kann beispielsweise ein Leuchtdioden-Bauelement (LED-Bauelement) sein. Das optoelektronische Bauelement 400 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 300 und das Konverterelement 100.
Der optoelektronische Halbleiterchip 300 kann beispielsweise ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip) sein. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 weist eine Oberseite 301 und eine der Oberseite 301 gegenüberliegende Unterseite 302 auf. Die Oberseite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 bildet eine Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 300. Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements 400 wird an der Oberseite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 elektromagnetische Strahlung abgestrahlt. Der optoelektronische Halbleiterchip 300 kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem ultravioletten oder blauen Spektralbereich zu emittieren.
Das Konverterelement 100 ist an der Oberseite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 im Lichtweg der von dem optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierten elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Dabei ist die Unterseite 102 des Konverterelements 100 der Oberseite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 zugewandt. Das Konverterelement 100 ist dazu vorgesehen, einen Teil der durch den optoelektronischen Halbleiterchip 300 emittierten elektromagnetischen Strahlung in elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu konvertieren, beispielsweise in Licht mit einer Wellenlänge aus dem grünen oder roten Spektralbereich. Die durch das Konverterelement 100 vorgenommene Wellenlängenkonvertierung erfolgt durch den in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 in Form der Leuchtstoff-Partikel 120 eingebetteten Leuchtstoff 121.
Der optoelektronische Halbleiterchip 300 des optoelektronischen Bauelements 400 weist an seiner Oberseite 301 eine elektrische Kontaktfläche 310 auf. Eine weitere elektrische Kontaktfläche des optoelektronischen Halbleiterchips 300 kann beispielsweise an der Unterseite 302 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 ausgebildet sein. Das Konverterelement 100 ist derart an der Oberseite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 angeordnet, dass die Aussparung 140 des Konverterelements 100 im Bereich der Kontaktfläche 310 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 angeordnet ist und die Kontaktfläche 310 somit nicht durch das Konverterelement 100 bedeckt ist. Dies ermöglicht es, die Kontaktfläche 310 an der Oberseite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 mittels eines Bonddrahts 320 elektrisch zu kontaktieren.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Konverterelement
101: Oberseite
102: Unterseite
110: Matrixmaterial
120: Leuchtstoff-Partikel
121: Leuchtstoff
122: mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße
130: Füllstoff-Partikel
131: Füllstoff
132: mittlere Füllstoff-Partikelgröße
140: Aussparung
200: Trägerfolie
300: optoelektronischer Halbleiterchip
301: Oberseite
302: Unterseite
310: Kontaktfläche
320: Bonddraht
400: optoelektronisches Bauelement

Claims

Konverterelement (100) zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung mit einem Matrixmaterial (110), wobei in das Matrixmaterial (110) ein erster Leuchtstoff (121) und ein erster Füllstoff (131) eingebettet sind, wobei der erste Leuchtstoff (121) ein kristallines erstes Wirtsmaterial aufweist, das mit einem ersten Aktivatormaterial dotiert ist, wobei der erste Füllstoff (131) das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial aufweist.
Konverterelement (100) gemäß Anspruch 1, wobei der erste Leuchtstoff (121) in Form von Leuchtstoff-Partikeln (120) in das Matrixmaterial (110) eingebettet ist.
Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Füllstoff (131) in Form von Füllstoff-Partikeln (130) in das Matrixmaterial (110) eingebettet ist.
Konverterelement (100) gemäß Ansprüchen 2 und 3, wobei die Füllstoff-Partikel (130) eine mittlere Partikelgröße (132) aufweisen, die sich von einer mittleren Partikelgröße (122) der Leuchtstoff-Partikel (120) um weniger als 20 % unterscheidet, bevorzugt um weniger als 15 %, besonders bevorzugt um weniger als 10 %.
Konverterelement (100) gemäß Ansprüchen 2 und 3 oder gemäß Anspruch 4, wobei die Füllstoff-Partikel (130) eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 5 µm und 30 µm aufweisen, bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 10 µm und 30 µm, besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 15 µm und 30 µm, ganz besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 15 µm und 18 µm.
Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Wirtsmaterial (Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂, (Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂, (Ba,Sr,Ca)₂SiO₄, (Ba,Sr,Ca)₂Si₅N₈, (Sr,Ca)AlSiN₃·Si₂N₂O, (Sr,Ca)AlSiN3, oder Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂ aufweist.
Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (110) Silikon aufweist.
Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Masseanteil des ersten Leuchtstoffs (121) in dem Matrixmaterial (110) und der Masseanteil des ersten Füllstoffs (131) in dem Matrixmaterial (110) um weniger als 50 % unterscheiden, bevorzugt um weniger als 20 %.
Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in das Matrixmaterial (110) ein zweiter Leuchtstoff und ein zweiter Füllstoff eingebettet ist, wobei der zweite Leuchtstoff ein kristallines zweites Wirtsmaterial aufweist, das mit einem zweiten Aktivatormaterial dotiert ist, wobei der zweite Füllstoff das zweite kristalline Wirtsmaterial ohne das zweite Aktivatormaterial aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (400) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (300) und einem Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements (100) mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Matrixmaterials (110) mit einem in das Matrixmaterial (110) eingebetteten ersten Leuchtstoff (121) und einem in das Matrixmaterial (110) eingebetteten ersten Füllstoff (131), wobei der erste Leuchtstoff (121) ein kristallines erstes Wirtsmaterial aufweist, das mit einem ersten Aktivatormaterial dotiert ist, wobei der erste Füllstoff (131) das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial aufweist; – Herstellen eines Konverterelements (100) aus dem Matrixmaterial (110) mittels eines Druckverfahrens.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Druckverfahren ein Sieb- oder ein Schablonendruckverfahren ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 und 12, wobei das Konverterelement (100) derart auf eine erste Trägerfolie gedruckt wird, dass eine erste Oberfläche des Konverterelements (100) der ersten Trägerfolie zugewandt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Konverterelement (100) derart auf eine zweite Trägerfolie umgeklebt wird, dass eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche des Konverterelements (100) der zweiten Trägerfolie zugewandt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Konverterelement (100) zwischen dem Drucken des Konverterelements (100) und dem Umkleben des Konverterelements (100) thermisch ausgehärtet wird.