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WO2015181164A1 - Konverterelement zur konvertierung einer wellenlänge, optoelektronisches bauelement mit konverterelement und verfahren zum herstellen eines konverterelements - Google Patents

Konverterelement zur konvertierung einer wellenlänge, optoelektronisches bauelement mit konverterelement und verfahren zum herstellen eines konverterelements Download PDF

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Publication number
WO2015181164A1
WO2015181164A1 PCT/EP2015/061583 EP2015061583W WO2015181164A1 WO 2015181164 A1 WO2015181164 A1 WO 2015181164A1 EP 2015061583 W EP2015061583 W EP 2015061583W WO 2015181164 A1 WO2015181164 A1 WO 2015181164A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter element
phosphor
matrix material
filler
embedded
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/061583
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ion Stoll
Kathy SCHMIDTKE
Markus Burger
Stefan Lange
Vera Stoeppelkamp
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Publication of WO2015181164A1 publication Critical patent/WO2015181164A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Definitions

  • Converter element for converting a wavelength, opto ⁇ electronic component with converter element and method for producing a converter element
  • the present invention relates to a converter element for converting a wavelength of electromagnetic radiation according to claim 1, an optoelectronic component according to claim 10 and a method for producing a converter element according to claim 11.
  • Optoelectronic components with converter elements for converting a wavelength of electromagnetic radiation are known from the prior art.
  • LED devices light emitting diode devices
  • a converter element is vorgese ⁇ hen to convert a wavelength of a light emitting diode chip (LED chip) generated electromagnetic radiation and so, for example, narrow-band blue light in white To change light.
  • Such converter elements typically comprise a matrix material ⁇ , in the wavelength-converting particles have a ⁇ embedded.
  • a common method for producing such converter elements is screen or stencil printing.
  • a paste of the matrix material with theRocbet ⁇ ended particles is printed on a carrier film.
  • the production of smooth surfaces and precise contours are desirable.
  • An object of the present invention is to provide a converter element for converting a wavelength of electromagnetic radiation ⁇ .
  • This task will solved by a converter element with the features of claim 1.
  • Another object of the present invention be ⁇ is to provide an optoelectronic component having an optoelectronic semiconductor chip and a converter element. This object is achieved by an optoelectronic component with the features of claim 10.
  • Another object of the invention is to provide a method of manufacturing a converter element. This object is achieved by a method having the features of claim 11. In the dependent claims various developments are given.
  • a converter element for converting a wavelength of electromagnetic radiation comprises a matrix material into which a first phosphor and a first filler are turned embeds ⁇ .
  • the first phosphor includes a crystalline first host material that is doped with a first Aktivatormate ⁇ rial.
  • the first filler comprises the first host ⁇ material without the first activator.
  • the matrix material of this converter element can have a low content of the first phosphor, without this being accompanied by disadvantageous properties of the matrix material and / or of the converter element.
  • the low content of the first phosphor in the matrix material is advantageously compensated in the matrix material of this converter element by the first filler embedded in the matrix material.
  • the matrix material of this converter element have properties that allow Ausbil ⁇ extension of the converter element with a sufficiently smooth Oberflä ⁇ Chen and sufficiently high contour accuracy.
  • the embedded in the matrix material of the converter element first filler causes advantageously no or only ei ⁇ ne slight deterioration of the optical properties of the converter element.
  • Another advantage of the converter element is that a material with good aging stability can be selected for the matrix material.
  • the first phosphor in the form of phosphor particles is embedded in the matrix material.
  • this allows a simple production of the converter element from the matrix material.
  • the first filler is embedded in the matrix material in the form of filler particles.
  • the embedded into the matrix material first filler effected by a similarity ⁇ che influence the properties of the matrix material as the embedded into the matrix material first phosphor. This makes it possible to form the converter element with a low content of the first phosphor.
  • the filler particles have an average particle size which differs from an average particle size of the phosphor particles by less than 20%, preferably by less than 15%, particularly preferably by less than 10%.
  • Advantageously ⁇ example cause the filler particles thereby a similar effect on the properties of the matrix material, such as embedded in the matrix material phosphor particles. Due to the similar size of the filler particles and the
  • Fluorescent particles can be advantageously further improved process stability in typical proces ⁇ processing processes of the matrix material of the converter element rich he ⁇ .
  • the first phosphor and the first filler can be embedded in the matrix material, for example, by sedimentation processes, and due to the similar size and density of the filler particles and the phosphor particles, no or only very little separation of the first phosphor and the first Fill ⁇ substance comes.
  • the filler particles have an average particle size between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m, preferably an average particle size between 10 ym and 30 ym, more preferably an average particle size ⁇ between 15 and 30 ym ym, most preferably a mean particle size between 15 .mu.m and 18 .mu.m.
  • the matrix material of the converter element for the production of the converter element be ⁇ Sonders favorable properties when the mitt ⁇ sized particle size of the filler particles move in the said size range.
  • the converter element in this case can have sufficiently smooth surfaces and a sufficiently high contour accuracy.
  • the converter element the ers ⁇ te host material (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali_ x Ga x) 5O12, (Ba, Sr, Ca) Si 2 0 2 N 2, (Ba, Sr, Ca) 2 Si0 4 , (Ba, Sr, Ca) 2 Si 5 N 8 , (Sr, Ca) AlSiN 3 * Si 2 N 2 O,
  • these host materials are suitable for doping with the first activator material.
  • the matrix material comprises silicone.
  • this allows a cost-effective production of the matrix material and a simple processing of the matrix material.
  • the converter element made of the matrix material can have favorable mechanical properties and high aging stability.
  • the converter element, the mass fraction of the first phosphor in the Matrixma ⁇ TERIAL and the mass proportion of the first filler in the Mat- rixmaterial differ by less than 50%, preferably by less than 20%.
  • the first filler in this case a compensation of a low content of the f ⁇ phosphor, in the matrix material.
  • the converter element is in the
  • Matrix material, a second phosphor and a second filling ⁇ material embedded The second phosphor has a crystal ⁇ line second host material, which with a second acti father material is doped.
  • the second filler has the second crystalline host material without the second Aktivatorma ⁇ TERIAL.
  • two different phosphors can be embedded in the matrix material of the converter element in this case.
  • the two phosphors can be provided, for example, to electromagnetic
  • Both phosphors can make up a small proportion in the matrix material.
  • the low proportion of the phosphors in the matrix material is compensated by the first filler embedded in the matrix material and the second filler embedded in the matrix material, taking advantage of the fact that the first filler and the second filler influence the properties of the matrix material in a similar or similar manner the first phosphor and the second phosphor.
  • the second phosphor may, for example, be embedded in the matrix material in the form of second phosphor particles. Accordingly, the second filler in the form of second filler particles can also be embedded in the matrix material.
  • An optoelectronic component comprises an optoelectronic ⁇ African semiconductor chip and a converter element of the aforementioned type.
  • the converter element of this optoelectronic device may have a low content of the first phosphor. Because of the embedded into the Matrixma ⁇ TERIAL of the converter element first filler the converter element of this optoelectronic Bauele ⁇ ments advantageously still sufficiently smooth surfaces can Chen and have a sufficiently high contour accuracy.
  • a method of fabricating a converter element comprises steps of providing a matrix material having a first phosphor embedded in the matrix material and a first filler embedded in the matrix material, the first phosphor having a crystalline first host material doped with a first activator material and wherein the first one Filler the first host material without comprises the first activator material, and for producing egg ⁇ nes converter element of the matrix material by means of a printing process.
  • the matrix material can be formed in this method with a low content of the first phosphor.
  • the first filler likewise embedded in the matrix material compensates for the low content of the first phosphor in the matrix material. Characterized the converter element in the manufacture of the converter element of the matrix material by means of the pressure ⁇ method can be advantageously made with sufficiently smooth upper surfaces and sufficient ⁇ contour fidelity.
  • the printing method is a screen or stencil printing method.
  • the embedded in the matrix material first filler advantageously prevents even at a low content of the first phosphor in the matrix material that a lattice ⁇ net structure used in the printing process
  • the converter element is so printed on a first carrier sheet that has a first surface of the converter element is facing the first Trä ⁇ gerfolie.
  • this method enables a subsequent detachment of the converter element from the first carrier film in order to arrange the converter element in ⁇ example, on an optoelectronic semiconductor chip.
  • the converter element is so converted adhered to a second carrier foil that one of the first surface facing opposite second Oberflä ⁇ surface of the converter element of the second carrier film. Since the second surface of the converter element ⁇ advantageous way by the legally contained in the matrix material ERS th filler may be formed sufficiently smooth haf ⁇ tet the second surface of the converter element thereby before ⁇ geous legally well to the second carrier film.
  • the wrap it of the converter element of the first carrier sheet on the second carrier film can allow subsequent assembly of the Kon ⁇ verterelements on an upper surface of an optoelectronic semiconductor chip.
  • the converter element is thermally cured between the printing of the converter element and the gluing of the converter element. Before ⁇ geous enough, this increases the mechanical robust ⁇ unit of the converter element.
  • Figure 1 is a sectional side view of a Konverterele ⁇ management
  • FIG. 2 shows a perspective view of an optoelectronic component with an optoelectronic semiconductor chip and the converter element.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional side view of a converter element 100.
  • the converter element 100 can also be referred to as a converter plate.
  • the converter element 100 is provided for converting a wavelength of electromagnetic radiation ⁇ .
  • the converter element can be used in an optoelectronic component for converting a wavelength of electromagnetic radiation emitted by an optoelectronic semiconductor chip of the optoelectronic component.
  • the converter element 100 can be in a light emitting device (LED) device used to convert a wave length of ⁇ by a light emitting diode chip (LED chip) of the light-emitting device emitted light.
  • LED light emitting device
  • the converter element 100 can serve, for example, to convert light emitted by the light-emitting diode chip with a wavelength from the ultraviolet or blue spectral range into white light.
  • the converter element 100 has a matrix material 110 into which a phosphor 121 in the form of phosphor particles 120 is embedded.
  • the matrix material 110 may comprise, for example, a silicone.
  • the phosphor 121 of the phosphor particles 120 effects the wavelength conversion of electromagnetic radiation.
  • the phosphor 121 of the phosphor particles 120 is designed to absorb electromagnetic radiation having a first wavelength and then to emit electromagnetic radiation having a second, typically larger, wavelength.
  • the phosphor 121 of the phosphor particles 120 has a host material doped with an activator material.
  • the host material may also be referred to as a host lattice.
  • the host material of the phosphor 121 of the phosphor particles 120 may be, for example, (Y, Lu, Gd, b) 3 (Ali x Ga x ) 5 Oi 2, (Ba, Sr, Ca) Si 2 O 2 N 2 , (Ba, Sr, Ca) 2 Si0 4, (Ba, Sr, Ca) 2 Si 5 N 8, (Sr, Ca) AlSiN 3 * Si 2 N 2 0, (Sr, Ca) AlSiN3, or Ca 8 Mg (Si0 4) 4 C1 2 on ⁇ wise.
  • the activator material with which the host material of the phosphor 121 of the phosphor particles 120 is doped can be, for example, Ce or Eu.
  • the phosphor 121 of the phosphor particles 120 preferably has a crystalline form.
  • a filler 131 is embedded in the matrix material 110 of the converter element 100.
  • the filler 131 is embedded in the form of filler particles 130 in the matrix material 110, which preferably have a kris ⁇ talline shape.
  • the filler 131 has the same "
  • the host material of the filler is 131 not doped with the Aktivatormate ⁇ rial.
  • the filler 131 is not to electromagnetic waves ⁇ length Conversion radiation trained det.
  • the embedded in the matrix material 110 filler particles 130 scatter to electromagnetic radiation impinging without changing the wavelength of the electromagnetic radiation ⁇ rule.
  • the mass proportion of corresponds to the matrix material 110 of the convergence ⁇ terelements 100 embedded phosphor 121 be ⁇ vorzugt substantially to the mass fraction of the embedded into the Matrixma ⁇ TERIAL 110 filler 131.
  • Preferred among ⁇ the mass fraction of the embedded into the matrix material 110 phosphor part 121 and the mass fraction of the filler 131 embedded in the matrix material 110 is less than 50%, particularly preferably less than 20%.
  • the embedded in the matrix material 110 phosphor 121 may have for example a mass fraction of 30% or less on ⁇ .
  • the filler particles 130 Since the phosphor 121 of the fluorescent particles 120 and the filler 131, the filler particles 130 have the same host mate rial ⁇ , 130 have the filler particles in the materiality borrowed the same mass and the same optical density
  • a ⁇ bedded phosphor particles 120 have an average phosphor particle size 122nd
  • the filler particles 130 embedded in the matrix material 110 of the converter element 100 have an average filler particle size 132.
  • the mean particle size phosphor 122 of the fluorescent particles 120 corresponds approximately to the mitt ⁇ sized filler particle size differ 132.
  • the average phosphor particle size 122, and the mitt ⁇ sized filler particle size 132 by less than 20%, special ⁇ DERS preferably by less than 15%, most preferably by less than 10%.
  • the average phosphor particle size 122 of the phosphor particles 120 and the average filler particle size 132 of the filler particles 130 differ by less than 2 ⁇ m. If the average phosphor particle size 122 of the light emitting ⁇ material particles 120 corresponds approximately to the average filler particle size of 132 of the filler particles 130 and the light emitting ⁇ material particles 120 have approximately the same mass density as the filler particles 130, it can be advantageously achieve a particularly high process stability during the proces ⁇ processing of the matrix material 110 with the embedded light ⁇ material particles 120 and filler particles 130th This leads, for example, only in a very low Entmi ⁇ research of the phosphor particles 120 and the filler particles 130 in the matrix material 110th
  • a ⁇ bedded filler particles 130 may alternatively or additionally have an average filler particle size 132 between 5 .mu.m and 30 .mu.m, preferably an average filler particle size of 132 between 10 .mu.m and 30 .mu.m, particularly before ⁇ an average filler particle size 132 between 15 ym and 30 ym, most preferably an average filler particle size 132 between 15 ym and 18 ym.
  • the medium-re filler particle size 132 greater than 10 ym, preferably greater than 15 ym is, it is advantageously mainly sprinkled onto the filler particles 130 light striking in preference ⁇ direction, thereby forming a through into the matrix material 110 of the converter element 100 embedded filler particles 130 caused light loss can be kept low.
  • the 120 ⁇ is embedded in the form of the phosphor particles 121
  • another phosphor may be embedded in the form of further phosphor particles in the matrix material 110th
  • the additional phosphor is also provided for converting a wavelength electromagnetic ⁇ shear-radiation, but can thereby erzeu ⁇ gene, for example, electromagnetic radiation of a wavelength other than the phosphor 121.
  • the embedded in the form of other fluorescent particles in the matrix material 110 more fluorescent has a further host material which in ⁇ example (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Al! _ x Ga x ) 5O12, (Ba, Sr, Ca) Si 2 0 2 N 2 , (Ba, Sr, Ca ) 2 Si0 4 , (Ba, Sr, Ca) 2 Si 5 N 8 , (Sr, Ca) AlSiN 3 * Si 2 N 2 O,
  • (Sr, Ca) AlSiN3, or CasMg 4 C1 2 may have (S1O 4).
  • the wider ⁇ re host material of the other phosphor may differ from the host material of the phosphor 121.
  • the further host material of the further phosphor is doped with a further activator material which may correspond to or differ from the activator material of the phosphor 121.
  • a further phosphor in the form of further phosphor particles is embedded in the matrix material 110 of the converter element 100
  • another filler in the form of further filler particles is preferably also embedded in the matrix material 110 of the converter element 100.
  • the further filler has the same further host material as the further phosphor, although the further host material is not doped in the further filler.
  • the ratio of the further filler embedded in the matrix material 110 in the form of the further filler particles to the further phosphor embedded in the matrix material 110 in the form of the further phosphor particles is the same as for the ratio of the filler particles 130 embedded in the matrix material 110 filler 131 131 to the in the form of the phosphor particles
  • the converter element 100 has a substantially cuboidal basic shape with an upper side
  • a recess 140 may be formed on an edge of the cuboidal basic shape of the converter element 100 that extends between the upper side 101 and the lower side 102.
  • the converter element 100 can be produced by a printing process.
  • the printing method may be, for example, a screen printing method or a stencil printing method.
  • the matrix material 110 with the embedded phosphor particles 120 and filler particles 130 in a viscous paste form is printed on a carrier sheet 200 using a printing screen or a stencil sheet.
  • the underside 102 of the converter element 100 is formed on the surface of the carrier film 200.
  • the converter element 100 can be printed together with a plurality of further converter elements 100 at the same time onto the carrier foil 200.
  • the matrix material 110 may have a favorable consistency for carrying out the printing process, even if the mass fraction of the phosphor particles 120 in the matrix material 110 is low and for example, less than 30%.
  • the top side 101 of the converter element 100 can be formed with a low degree of roughness or unevenness, wherein a grid network structure of a printing screen used in the printing method or a printing template used in the printing method images only to a slight extent on the top side 101 of the converter element 100 ,
  • the converter element 100 can be formed with a good contour accuracy, for example in the region of the outer edges and the recess 140.
  • the converter element 100 can be cured, for example by a thermal treatment.
  • the converter element 100 can be glued onto a second carrier foil and detached from the carrier foil 200.
  • the re-adhering of the converter element 100 takes place in such a way that the upper side 101 of the converter element 100 adheres to the second film.
  • We ⁇ gen of low roughness and unevenness of the top 101 of the converter element 100 can thereby be ensured advantageously good adhesion.
  • another tool for handling the converter element 100 pick & place tool
  • pick & place tool can also be used.
  • the Konverterele ⁇ element 100 may be disposed on an optoelectronic semiconductor chip of an optoelectronic device.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an optoelectronic component 400.
  • the optoelectronic component 400 may be, for example, a light-emitting diode component (LED component).
  • the optoelectronic component 400 comprises an optoelectronic semiconductor chip 300 and the converter element 100.
  • the optoelectronic semiconductor chip 300 may, for example, be a light-emitting diode chip (LED chip).
  • the optoelectronic semiconductor chip 300 has an upper side 301 and an upper side 302 opposite the upper side 301.
  • the upper ⁇ page 301 of the optoelectronic semiconductor chip 300 forms a radiation emission area of the optoelectronic semiconductor chip 300.
  • electromagnetic radiation is emitted on the upper side 301 of the optoelectronic semiconductor chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip 300 may be, for example be adapted to emit electromagnetic radiation having a wavelength from the ultraviolet or blue spectral range.
  • the converter element 100 is arranged on the upper side 301 of the opto ⁇ electronic semiconductor chip 300 in the optical path of the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chip 300.
  • the lower side 102 of the converter element 100 faces the upper side 301 of the optoelectronic semiconductor chip 300.
  • the converter element 100 is provided to convert part of the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor chip 300 into electromagnetic radiation of another wavelength, for example light having a wavelength from the green or red spectral range.
  • the reservation made through the converter element 100 Wellenauernkon ⁇ set conversion is performed by the embedded into the matrix material 110 of the converter element 100 in the form of the phosphor particles 120 phosphor 121st
  • the optoelectronic semiconductor chip 300 of the optoelectronic component 400 has an electrical contact surface 310 on its upper side 301.
  • a further electrical contact surface of the optoelectronic semiconductor chip 300 may be formed, for example, on the underside 302 of the optoelectronic semiconductor chip 300.
  • the converter element 100 is arranged on the upper side 301 of the optoelectronic semiconductor chip 300 such that the recess 140 of the converter element 100 is arranged in the region of the contact surface 310 of the optoelectronic semiconductor chip 300 and the contact surface 310 is thus not covered by the converter element 100. This makes it possible to electrically contact the contact surface 310 on the upper side 301 of the optoelectronic semiconductor chip 300 with ⁇ means of a bonding wire 320.

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Abstract

Ein Konverterelement (100) zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung umfasst ein Matrixmaterial (110), in das ein erster Leuchtstoff (121) und ein erster Füllstoff (131) eingebettet sind. Der erste Leuchtstoff (121) weist ein kristallines erstes Wirtsmaterial auf, das mit einem ersten Aktivatormaterial dotiert ist. Der erste Füllstoff (131) weist das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial auf.

Description

Beschreibung
Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge, opto¬ elektronisches Bauelement mit Konverterelement und Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konverterelement zur Konvertierung einer Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung gemäß Patentanspruch 1, ein optoelektronisches Bauelement ge- mäß Patentanspruch 10 und ein Verfahren zum Herstellen eines Konverterelements gemäß Patentanspruch 11.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 107 473.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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 vorgese¬ hen 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 Matrix¬ material auf, in das wellenlängenkonvertierende Partikel ein¬ gebettet sind. Ein gängiges Verfahren zur Herstellung solcher Konverterelemente besteht im Sieb- oder Schablonendruck.
Hierbei wird eine Paste des Matrixmaterials mit den eingebet¬ teten 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 elektro¬ magnetischer Strahlung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Konverterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung be¬ steht 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 einge¬ bettet sind. Der erste Leuchtstoff weist ein kristallines erstes Wirtsmaterial auf, das mit einem ersten Aktivatormate¬ rial dotiert ist. Der erste Füllstoff weist das erste Wirts¬ material ohne das erste Aktivatormaterial auf. Vorteilhafter¬ weise 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 Ge¬ halt des ersten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial wird bei dem Matrixmaterial dieses Konverterelements vorteilhafter¬ weise durch den in das Matrixmaterial eingebetteten ersten Füllstoff kompensiert. Dadurch kann das Matrixmaterial dieses Konverterelements Eigenschaften aufweisen, die eine Ausbil¬ dung des Konverterelements mit ausreichend glatten Oberflä¬ chen und ausreichend hoher Konturtreue ermöglichen. Der in das Matrixmaterial des Konverterelements eingebettete erste Füllstoff bewirkt dabei vorteilhafterweise keine oder nur ei¬ ne 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 Matrixma- terial.
In einer Ausführungsform des Konverterelements ist der erste Füllstoff in Form von Füllstoff-Partikeln in das Matrixmaterial eingebettet. Vorteilhafterweise bewirkt der in das Mat- rixmaterial eingebettete erste Füllstoff dadurch eine ähnli¬ che 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 %. Vorteilhafter¬ weise 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 Verarbei¬ tungsprozessen des Matrixmaterials des Konverterelements er¬ reichen. 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 Füll¬ stoffs kommt.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weisen die Füllstoff-Partikel eine mittlere Partikelgröße zwischen 5 ym und 30 ym auf, bevorzugt eine mittlere Partikelgröße zwischen 10 ym und 30 ym, besonders bevorzugt eine mittlere Partikel¬ größe zwischen 15 ym und 30 ym, ganz besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße zwischen 15 ym und 18 ym. Vorteilhaf¬ terweise hat sich gezeigt, dass das Matrixmaterial des Kon- verterelements für die Herstellung des Konverterelements be¬ sonders günstige Eigenschaften aufweist, wenn sich die mitt¬ lere Partikelgröße der Füllstoff-Partikel in dem genannten Größenbereich bewegt. Insbesondere kann das Konverterelement in diesem Fall ausreichend glatte Oberflächen und eine aus- reichend hohe Konturtreue aufweisen.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist das ers¬ te Wirtsmaterial (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali_xGax) 5O12, (Ba, Sr, Ca) Si202N2, (Ba, Sr, Ca) 2Si04, (Ba, Sr, Ca) 2Si5N8, (Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20,
(Sr, Ca) AlSiN3, oder Ca8Mg (Si04) 4C12 auf. Vorteilhafterweise eignen sich diese Wirtsmaterialien für eine Dotierung mit dem ersten Aktivatormaterial.
In einer Ausführungsform des Konverterelements weist das Mat- rixmaterial 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 Matrixma¬ terial und der Masseanteil des ersten Füllstoffs in dem Mat- rixmaterial um weniger als 50 %, bevorzugt um weniger als 20 %. Vorteilhafterweise ermöglicht der erste Füllstoff in diesem Fall eine Kompensation eines geringen Gehalts des ers¬ ten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial. In einer Ausführungsform des Konverterelements ist in das
Matrixmaterial ein zweiter Leuchtstoff und ein zweiter Füll¬ stoff eingebettet. Der zweite Leuchtstoff weist ein kristal¬ lines zweites Wirtsmaterial auf, das mit einem zweiten Akti- vatormaterial dotiert ist. Der zweite Füllstoff weist das zweite kristalline Wirtsmaterial ohne das zweite Aktivatorma¬ terial 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 ein- gebettet sein.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst einen optoelektro¬ nischen 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 Matrixma¬ terial des Konverterelements eingebetteten ersten Füllstoffs kann das Konverterelement dieses optoelektronischen Bauele¬ ments vorteilhafterweise trotzdem ausreichend glatte Oberflä- chen 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 ei¬ nes 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 Druck¬ verfahrens vorteilhafterweise mit ausreichend glatten Ober¬ flächen 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 Gitter¬ netzstruktur 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 Trä¬ gerfolie zugewandt ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren eine anschließende Ablösung des Konverterelements von der ersten Trägerfolie, um das Konverterelement bei¬ spielsweise 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 Oberflä¬ che des Konverterelements der zweiten Trägerfolie zugewandt ist. Da die zweite Oberfläche des Konverterelements vorteil¬ hafterweise durch den in dem Matrixmaterial enthaltenen ers- ten Füllstoff ausreichend glatt ausgebildet werden kann, haf¬ tet die zweite Oberfläche des Konverterelements dabei vor¬ teilhafterweise gut an der zweiten Trägerfolie. Das Umkleben des Konverterelements von der ersten Trägerfolie auf die zweite Trägerfolie kann eine anschließende Anordnung des Kon¬ verterelements 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. Vor¬ teilhafterweise erhöht sich dadurch die mechanische Robust¬ heit 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
Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Konverterele¬ ments; und
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einem optoelektronischen Halbleiterchip und dem Konverterelement.
Figur 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 elekt¬ romagnetischer 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 Wellen¬ länge 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 elektro- magnetischer 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 Leucht- stoff-Partikel 120 kann beispielsweise (Y, Lu, Gd, b) 3 (Ali_ xGax)50i2, (Ba, Sr,Ca) Si202N2, (Ba, Sr, Ca) 2Si04, (Ba, Sr, Ca) 2Si5N8, (Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20, ( Sr, Ca) AlSiN3 , oder Ca8Mg (Si04) 4C12 auf¬ weisen. 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 kris¬ talline Form aufweisen. Der Füllstoff 131 weist das gleiche „
Wirtsmaterial auf wie der Leuchtstoff 121. Allerdings ist das Wirtsmaterial des Füllstoffs 131 nicht mit dem Aktivatormate¬ rial dotiert. Dadurch ist der Füllstoff 131 nicht zur Wellen¬ längenkonvertierung elektromagnetischer Strahlung ausgebil- det. Die in das Matrixmaterial 110 eingebetteten Füllstoff- Partikel 130 streuen auf sie auftreffende elektromagnetische Strahlung ohne Änderung der Wellenlänge der elektromagneti¬ schen Strahlung.
Der Masseanteil des in das Matrixmaterial 110 des Konver¬ terelements 100 eingebetteten Leuchtstoffs 121 entspricht be¬ vorzugt im Wesentlichen dem Masseanteil des in das Matrixma¬ terial 110 eingebetteten Füllstoffs 131. Bevorzugt unter¬ scheiden 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 auf¬ weisen .
Da der Leuchtstoff 121 der Leuchtstoff-Partikel 120 und der Füllstoff 131 der Füllstoff-Partikel 130 dasselbe Wirtsmate¬ rial aufweisen, weisen die Füllstoff-Partikel 130 im Wesent- liehen die gleiche Massedichte und den gleichen optischen
Brechungsindex wie die Leuchtstoff-Partikel 120 auf. Auch die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex ist bei den Füll¬ stoff-Partikeln 130 im Wesentlichen gleich wie bei den
Leuchtstoff-Partikeln 120.
Die in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 ein¬ gebetteten 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 mitt¬ leren Füllstoff-Partikelgröße 132. Bevorzugt unterscheiden sich die mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 und die mitt¬ lere Füllstoff-Partikelgröße 132 um weniger als 20 %, beson¬ ders bevorzugt um weniger als 15 %, ganz besonders bevorzugt um weniger als 10 %. In diesem Fall ist es außerdem bevor- zugt, 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 ym unterscheiden. Falls die mittlere Leuchtstoff-Partikelgröße 122 der Leucht¬ stoff-Partikel 120 etwa der mittleren Füllstoff-Partikelgröße 132 der Füllstoff-Partikel 130 entspricht und die Leucht¬ stoff-Partikel 120 etwa die gleiche Massedichte aufweisen wie die Füllstoff-Partikel 130, so lässt sich vorteilhafterweise eine besonders hohe Prozessstabilität während der Verarbei¬ tung des Matrixmaterials 110 mit den eingebetteten Leucht¬ stoff-Partikeln 120 und Füllstoff-Partikeln 130 erzielen. Dabei kommt es beispielsweise nur zu einer sehr geringen Entmi¬ schung der Leuchtstoff-Partikel 120 und der Füllstoff- Partikel 130 in dem Matrixmaterial 110.
Die in das Matrixmaterial 110 des Konverterelements 100 ein¬ gebetteten Füllstoff-Partikel 130 können alternativ oder zusätzlich eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 zwischen 5 ym und 30 ym aufweisen, bevorzugt eine mittlere Füllstoff- Partikelgröße 132 zwischen 10 ym und 30 ym, besonders bevor¬ zugt eine mittlere Füllstoff-Partikelgröße 132 zwischen 15 ym und 30 ym, ganz besonders bevorzugt eine mittlere Füllstoff- Partikelgröße 132 zwischen 15 ym und 18 ym. Falls die mittle- re Füllstoff-Partikelgröße 132 größer als 10 ym, bevorzugt größer als 15 ym, ist, so wird auf die Füllstoff-Partikel 130 treffendes Licht vorteilhafterweise vorwiegend in Vorzugs¬ richtung 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 einge¬ betteten 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 elektromagneti¬ scher Strahlung vorgesehen, kann dabei jedoch beispielsweise elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge erzeu¬ gen als der Leuchtstoff 121. Der in Form der weiteren Leuchtstoff-Partikel in das Matrixmaterial 110 eingebettete weitere Leuchtstoff weist ein weiteres Wirtsmaterial auf, das bei¬ spielsweise (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Al!_xGax) 5O12, (Ba, Sr, Ca) Si202N2, (Ba, Sr, Ca) 2Si04, (Ba, Sr, Ca) 2Si5N8, (Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20,
( Sr, Ca) AlSiN3 , oder CasMg (S1O4) 4C12 aufweisen kann. Das weite¬ re 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 eingebette- ten 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 Un- terseite 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 herge- stellt 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 weite¬ rer 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 Druck- Verfahrens 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 wer- den, 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. We¬ gen 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 Konverterele¬ ment 100 auf einem optoelektronischen Halbleiterchip eines optoelektronischen Bauelements angeordnet werden.
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements 400. Das optoelektronische Bauelement 400 kann beispielsweise ein Leuchtdioden- Bauelement (LED-Bauelement) sein. Das optoelektronische Bau¬ element 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 Ober¬ seite 301 des optoelektronischen Halbleiterchips 300 bildet eine Strahlungsemissionsfläche des optoelektronischen Halb- leiterchips 300. Im Betrieb des optoelektronischen Bauele¬ ments 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 opto¬ elektronischen 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 optoelektro- nischen 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 Wellenlängenkon¬ vertierung 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 mit¬ tels eines Bonddrahts 320 elektrisch zu kontaktieren.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbei¬ spiele 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 .
- r
1 D
Bezugs zeichenliste
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

Patentansprüche
1. 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 Aktivatorma- terial 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 Leucht¬ stoff-Partikeln (120) in das Matrixmaterial (110) einge¬ bettet ist.
Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei der erste Füllstoff (131) in Form von Füllstoff- Partikeln (130) in das Matrixmaterial (110) eingebettet ist .
4. Konverterelement (100) gemäß Ansprüchen 2 und 3,
wobei die Füllstoff-Partikel (130) eine mittlere Parti¬ kelgröße (132) aufweisen, die sich von einer mittleren Partikelgröße (122) der Leuchtstoff-Partikel (120) um we¬ niger als 20 % unterscheidet, bevorzugt um weniger als 15 %, besonders bevorzugt um weniger als 10 %.
5. Konverterelement (100) gemäß Ansprüchen 2 und 3 oder ge¬ mäß Anspruch 4,
wobei die Füllstoff-Partikel (130) eine mittlere Parti- kelgröße (132) zwischen 5 ym und 30 ym aufweisen, bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 10 ym und 30 ym, besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 15 ym und 30 ym, ganz besonders bevorzugt eine mittlere Partikelgröße (132) zwischen 15 ym und 18 ym.
6. Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei das erste Wirtsmaterial (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali_xGax) 5O12, (Ba, Sr, Ca) Si202N2, (Ba, Sr, Ca) 2Si04, (Ba, Sr, Ca) 2Si5N8,
(Sr,Ca) AlSiN3*Si2N20, ( Sr, Ca) AlSiN3 , oder Ca8Mg (Si04) 4C12 aufweist .
7. Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Matrixmaterial (110) Silikon aufweist.
8. Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
wobei sich der Masseanteil des ersten Leuchtstoffs (121) in dem Matrixmaterial (110) und der Masseanteil des ers¬ ten Füllstoffs (131) in dem Matrixmaterial (110) um weni- ger als 50 % unterscheiden, bevorzugt um weniger als
20 %.
9. Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden An¬ sprüche,
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 Aktivator¬ material dotiert ist,
wobei der zweite Füllstoff das zweite kristalline Wirts¬ material ohne das zweite Aktivatormaterial aufweist.
10. Optoelektronisches Bauelement (400)
mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (300) und ei- nem Konverterelement (100) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche .
11. 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 Aktivatorma¬ terial dotiert ist,
wobei der erste Füllstoff (131) das erste Wirtsmaterial ohne das erste Aktivatormaterial aufweist;
- Herstellen eines Konverterelements (100) aus dem Mat¬ rixmaterial (110) mittels eines Druckverfahrens.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11,
wobei das Druckverfahren ein Sieb- oder ein Schablonendruckverfahren ist.
13. 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 .
4. Verfahren gemäß Anspruch 13,
wobei das Konverterelement (100) derart auf eine zweite Trägerfolie umgeklebt wird, dass eine der ersten Oberflä che gegenüberliegende zweite Oberfläche des Konverterele ments (100) der zweiten Trägerfolie zugewandt ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 14,
wobei das Konverterelement (100) zwischen dem Drucken de Konverterelements (100) und dem Umkleben des Konver¬ terelements (100) thermisch ausgehärtet wird.
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