DE102021123531A1

DE102021123531A1 - Optoelektronische leuchtvorrichtung und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE102021123531A1
Application number: DE102021123531.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Seidenfaden; Joerg Sorg; Markus Horn
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023036851A2; US20250132537A1; DE112022004360A5; WO2023036851A3; CN117918047A

Abstract

Die Erfindung betriff eine optoelektronische Leuchtvorrichtung umfassend einen Träger, zumindest ein auf einer Oberseite des Trägers angeordnetes Licht emittierendes Halbleiterelement, das dazu ausgebildet ist Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm zu emittieren, eine für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparente Vergussmasse, die das Licht emittierende Halbleiterelement auf dem Träger einkapselt, einen Rahmen, der auf der Oberseite des Trägers angeordnet ist, der das Licht emittierende Halbleiterelement in eine Richtung senkrecht zur Oberseite des Trägers überragt, und der die Vergussmasse in wenigstens eine Raumrichtung begrenzt, und ein für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparentes Abdeckelement, das in eine Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gesehen auf der Vergussmasse schwebend angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronische Leuchtvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung.
HINTERGRUND
Zur Verbesserung des Alterungsverhaltens benötigen herkömmliche Laserpackages, insbesondere Laserpackages zur Emission von blauem und/oder ultraviolettem Licht, ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse mit einem optischen Fenster. Dies liegt unter anderem daran, dass Laserdioden, und insbesondere Laserdioden zur Emission von blauem und/oder ultraviolettem Licht, in Kontakt mit Sauerstoff degradieren und deren Leistungsfähigkeit somit über die Zeit abnimmt.
Das optische Fenster in einem solchen hermetisch abgedichteten Laserpackages sollte dabei die optischen Eigenschaften und die Strahlqualität des von einer Laserdiode, die innerhalb des hermetisch abgedichteten Gehäuses angeordnet ist, emittierten Lichts nicht bzw. möglichst wenig beeinflussen. Insbesondere sollte durch das optische Fenster der M²-Wert sowie die optische Kohärenz der Laserdiode nicht bzw. möglichst wenig beeinflusst werden.
Solche Laserpackages mit einem hermetisch abgedichteten Gehäuse und einem entsprechenden optischen Fenster, welches die optischen Eigenschaften / die Strahlqualität des von einer Laserdiode, die innerhalb des hermetisch abgedichteten Gehäuses angeordnet ist, emittierten Lichts nicht bzw. nur kaum beeinflusst, enthalten jedoch meist teure Materialien und bedürfen zur Herstellung meist komplizierte und teure Herstellungsprozesse.
Es besteht daher das Bedürfnis, zumindest einem der vorgenannten Probleme entgegenzuwirken und eine verbesserte optoelektronische Leuchtvorrichtung, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diesem und anderen Bedürfnissen wird durch eine optoelektronische Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 17 Rechnung getragen. Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße optoelektronische Leuchtvorrichtung umfasst einen Träger und zumindest ein auf einer Oberseite des Trägers angeordnetes Licht emittierendes Halbleiterelement, das dazu ausgebildet ist Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm, und insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 250 nm bis 550 nm, zu emittieren. Beispielsweise kann das Licht emittierende Halbleiterelement dazu ausgebildet sein, kurzwelliges Laserlicht im blauen und/oder im ultravioletten Bereich zu emittieren.
Die optoelektronische Leuchtvorrichtung umfasst ferner eine für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparente Vergussmasse, die das Licht emittierende Halbleiterelement auf dem Träger einkapselt, sowie einen Rahmen, der auf der Oberseite des Trägers angeordnet ist, der das Licht emittierende Halbleiterelement in eine Richtung senkrecht zur Oberseite des Trägers überragt, und der die Vergussmasse in wenigstens eine Raumrichtung begrenzt. Auf der Vergussmasse ist zudem in eine Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gesehen ein für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparentes Abdeckelement schwebend angeordnet.
Durch das Einkapseln des Licht emittierenden Halbleiterelements in der Vergussmasse steht das Halbleiterelement in direktem Kontakt mit der Vergussmasse, jedoch nicht in Kontakt mit einer die optoelektronische Leuchtvorrichtung umgebenden Umgebung bzw. Sauerstoff. Dadurch kann das Alterungsverhalten des Halbleiterelements verbessert werden ohne, dass das Halbleiterelement in ein hermetisch abgeschlossenes Gehäuse eingekapselt werden muss.
Durch das Einkapseln des Licht emittierenden Halbleiterelements in der Vergussmasse kann jedoch an einer Lichtaustrittsfläche des von dem Halbleiterelement emittierten Lichts aus der Vergussmasse eine unebene Fläche entstehen, wodurch die optischen Eigenschaften / die Strahlqualität des von dem Halbleiterelement emittierten Licht negativ beeinflusst werden können. Daher ist auf der Vergussmasse zumindest im Bereich der Lichtaustrittsfläche auf der Vergussmasse in eine Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gesehen ein für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparentes Abdeckelement angeordnet. Das Abdeckelement ist dabei derart angeordnet und ausgebildet, dass die optischen Eigenschaften / die Strahlqualität des von dem Halbleiterelement emittierten Lichts nicht bzw. nur kaum beeinflusst werden und ist mit einer Mindestgröße des Strahldurchmessers auf dem Vergussmaterial angeordnet. Das Abdeckelement bildet entgegen einer unebenen Fläche auf der Vergussmasse eine definierte Ebene, die die Phasenfront des Lasers nicht beeinflusst.
Durch geeignete Wahl der beiden Materialien für die Vergussmasse und das Abdeckelement ist es möglich, dass das von dem Halbleiterelement emittierte Licht durch die Materialien mit n>l propagiert.
Die vorgeschlagene optoelektronische Leuchtvorrichtung bringt den Vorteil, dass zur Verbesserung des Alterungsverhaltens kein hermetisch abgedichtetes Gehäuse von Nöten ist. Dadurch ergeben sich Vorteile wie ein flexibleres Design der optoelektronischen Leuchtvorrichtung, eine mögliche Miniaturisierung und/oder Integration der optoelektronischen Leuchtvorrichtung, einfachere Prozesse bei der Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung und damit verbundene geringere Kosten für die optoelektronische Leuchtvorrichtung. Durch das Einkapseln des Licht emittierenden Halbleiterelements in der Vergussmasse ergibt sich zudem ein vereinfachter Versiegelungsprozess des Halbleiterelementes und die optischen Schnittstellen innerhalb der optoelektronischen Leuchtvorrichtung werden reduziert.
Das Abdeckelement ist in eine Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gesehen schwebend auf der Vergussmasse angeordnet. „Schwebend“ kann ihn diesem Zusammenhang so verstanden werden, dass das Abdeckelement im Wesentlichen lediglich mit der Vergussmasse in Verbindung steht und durch keine andere Komponente der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gehalten wird. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass eine Erwärmung des Halbleiterelementes, eine damit verbundene Erwärmung der das Halbleiterelement umgebenden Vergussmasse, und eine wiederum damit verbundene Wärmeausdehnung der Vergussmasse, zu keinem Ablösen des Abdeckelementes führen. Für den Fall, dass das Abdeckelementes hingegen zusätzlich in Verbindung mit dem Rahmen stehen würde, könnte einer Erwärmung und eine damit verbundene Wärmeausdehnung der Vergussmasse zu einem Ablösen des Abdeckelementes zumindest von dem Rahmen führen. In einigen Ausführungsformen weist das Abdeckelement entsprechend keine direkte Verbindung zumindest zu dem Rahmen auf.
In einigen Ausführungsformen ist das Licht emittierende Halbleiterelement durch eine seitenemittierende Laserdiode gebildet. Insbesondere ist das Halbleiterelement in Form einer seitenemittierenden Laserdiode ausgebildet und weist an einer der seitlichen Außenflächen der Laserdiode einen Lichtemissionsbereich auf, durch den die Laserdiode Licht in Form eines Lichtkegels in Richtung einer Hauptemissionsrichtung emittiert.
In einigen Ausführungsformen umfasst die optoelektronische Leuchtvorrichtung zusätzlich einen Reflektor oder ein Prisma, wobei der Reflektor oder das Prisma dazu ausgebildet ist, das von dem Halbleiterelement emittierte Licht umzulenken. Insbesondere kann der Reflektor oder das Prisma in Hauptemissionsrichtung des Halbleiterelements gesehen dem Halbleiterelement nachgeordnet und auf der Oberseite des Trägers angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen verläuft die Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptemissionsrichtung des Halbleiterelements. Beispielsweise kann das von dem Halbleiterelement in die Hauptemissionsrichtung emittierte Licht von dem Reflektor oder dem Prisma um circa 90° umgelenkt werden, sodass die Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Hauptemissionsrichtung des Halbleiterelements verläuft.
In einigen Ausführungsformen verläuft die Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung und eine Hauptemissionsrichtung des Halbleiterelements hingegen im Wesentlichen parallel. In solch einem Fall kann die optoelektronische Leuchtvorrichtung beispielsweise als seitenemittierende Leuchtvorrichtung ausgebildet sein und an einer der seitlichen Außenflächen der Leuchtvorrichtung einen Lichtemissionsbereich aufweisen, durch den die Leuchtvorrichtung Licht in Form eines Lichtkegels in Richtung der Emissionsrichtung emittiert.
In einigen Ausführungsformen bildet der Rahmen eine Kavität aus, in der das Licht emittierende Halbleiterelement und optional der Reflektor oder das Prisma angeordnet sind. Die Kavität ist dabei mit der Vergussmasse zumindest gefüllt.
Die Vergussmasse kann jedoch auch den Rahmen überragen und zumindest teilweise auf einem oberen Rand des Rahmens angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen bedeckt das Abdeckelement die Kavität in Draufsicht gesehen vollständig, und insbesondere einen oberen Rand des Rahmens zumindest teilweise. Das Abdeckelement kann entsprechend in Draufsicht gesehen eine projizierte Fläche aufweisen, die zumindest größer als eine projizierte Fläche der Kavität bzw. die von dem Rahmen umschlossene Fläche ist. Beispielsweise kann das Abdeckelement in Draufsicht gesehen eine projizierte Fläche aufweisen, die im Wesentlichen der Größe einer projizierten Fläche einer Außenkante des Rahmens entspricht.
In einigen Ausführungsformen ist zwischen dem oberen Rand des Rahmens und dem diesen Teil des Rahmens überdeckenden Abdeckelementes ein Teil der Vergussmasse angeordnet. Insbesondere, für den Fall, dass das Abdeckelement in Draufsicht gesehen eine projizierte Fläche aufweist, die größer als eine projizierte Fläche der Kavität ist, kann zwischen dem oberen Rand des Rahmens und dem den Rahmen überdeckenden Teil des Abdeckelementes ein Teil der Vergussmasse angeordnet sein. Dadurch wird gewährleistet, dass das Abdeckelement schwebend auf der Vergussmasse angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen weist das Abdeckelement in Draufsicht gesehen eine kleinere Fläche auf, als die von dem Rahmen umschlossene Fläche bzw. als die in Draufsicht gesehen projizierte Fläche der Kavität. Insbesondere verbleibt in Draufsicht gesehen der Rahmen unbedeckt von dem Abdeckelement.
In einigen Ausführungsformen verbleiben zumindest einige Bereiche der Vergussmasse, die außerhalb eines von der optoelektronischen Leuchtvorrichtung emittierten Lichtkegels liegen, von dem Abdeckelement frei. Mit anderen Worten gesagt, kann das Abdeckelement derart dimensioniert und auf der Vergussmasse angeordnet sein, dass es im Wesentlichen lediglich den Bereich der Vergussmasse innerhalb eines von der optoelektronischen Leuchtvorrichtung emittierten Lichtkegels bedeckt.
In einigen Ausführungsformen ist die Vergussmasse aus der Gruppe der Silikone oder Siloxane gewählt. Insbesondere zeichnet sich die Vergussmasse dadurch aus, dass sie Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm, und insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 250 nm bis 550 nm, im Wesentlichen nicht oder nur kaum absorbiert. Auch zeigt die erste Vergussmasse beispielsweise eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine hohe Beständigkeit gegenüber energiereichem Licht, adhäsive Eigenschaften, und elastische Eigenschaften, um Spannungen aufgrund von Wärmeausdehnungen auszugleichen.
In einigen Ausführungsformen ist das Material des Abdeckelementes aus der Gruppe der Epoxide oder Gläser gewählt. Insbesondere zeichnet sich das Material des Abdeckelementes dadurch aus, dass sie Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm, und insbesondere mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 250 nm bis 550 nm, im Wesentlichen nicht oder nur kaum absorbiert. Auch kann sich die zweite Vergussmasse beispielsweise durch eine geringe Klebrigkeit, insbesondere von Außenflächen der zweiten Vergussmasse, eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Partikeln, eine einfache Reinigungsmöglichkeit, und eine hohe Steifigkeit, um eine stabile Außenfläche bereitzustellen, auszeichnen.
In einigen Ausführungsformen ist das Abdeckelement durch eine Linse oder ein anderes eine Strahlformung bewirkendes Element gebildet. Dadurch kann eine Strahlformung, oder Lichtstreuung des von der Leuchtvorrichtung emittierten Lichts erfolgen.
In einigen Ausführungsformen weist die optoelektronische Leuchtvorrichtung auf einer der Oberseite des Trägers abgewandten Seite elektrische Kontaktflächen auf und ist dadurch oberflächenmontierbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung wenigstens einer optoelektronische Leuchtvorrichtung, insbesondere einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen der genannten Aspekte, umfasst die Schritte:

Anordnen wenigstens eines Licht emittierenden Halbleiterelements, das dazu ausgebildet ist Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm zu emittieren, auf einer Oberseite eines Trägers;
Anordnen eines Rahmens auf der Oberseite des Trägers, wobei der Rahmen zusammen mit dem Träger zumindest eine Kavität ausbildet in der das wenigstens eine Licht emittierende Halbleiterelement angeordnet ist;
Vergießen des wenigstens einen Halbleiterelementes mit einer für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparenten Vergussmasse derart, dass die wenigstens eine Kavität mit der Vergussmasse zumindest gefüllt ist; und
Anordnen wenigstens eines für das von dem Halbleiterelement emittierte Licht im wesentlichen transparenten Abdeckelements derart, dass das wenigstens eine Abdeckelement in eine Emissionsrichtung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung gesehen auf der Vergussmasse schwebend angeordnet ist.

In einigen Ausführungsformen erfolgt der Schritt des Anordnens des wenigstens einen Abdeckelements nach dem Schritt des Vergießens des wenigstens einen Halbleiterelementes mit der Vergussmasse. Die Vergussmasse befindet sich zum Zeitpunkt des Anordnens des wenigstens einen Abdeckelements in einem flüssigen oder zumindest viskosem Zustand. Dadurch kann einerseits eine ausreichend gute Verbindung zwischen dem Abdeckelement und der Vergussmasse gewährleistet werden und andererseits kann durch ein ausreichendes Einbringen der Vergussmasse und ein anschließendes Aufdrücken des Abdeckelementes gewährleistet werden, dass je nach Größe des Abdeckelementes, die Vergussmasse beispielsweise in Bereiche zischen dem Abdeckelement und einen oberen Rand des Rahmens gedrückt wird, sodass sichergestellt ist, dass das Abdeckelement schwebend auf der Vergussmasse angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zusätzlich ein Anordnen eines Reflektors oder Prismas auf der Oberseite des Trägers innerhalb der zumindest einen Kavität, wobei der Reflektor oder das Prisma dazu ausgebildet ist, das von dem Halbleiterelement emittierte Licht umzulenken. Beispielsweise kann der Reflektor oder das Prisma auf die Oberseite des Trägers geklebt und anschließend ebenfalls mit der Vergussmasse vergossen erden.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Anordnens eines Rahmens ein Dispensen eines Dammmaterials. Der Rahmen einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung kann entsprechend durch einen Damm umfassend ein Dammmaterial gebildet sein. Insbesondere kann sich ein durch einen Damm gebildeter Rahmen dadurch auszeichnen, dass er einfach und in nahezu beliebiger Form auf der Oberseite des Trägers aufgebracht werden kann. Ein solcher Damm kann im Querschnitt betrachtet beispielsweise eine runde oder elliptische Form, eine Trapezform, oder eine andere Form aufweisen. Insbesondere kann ein solcher Rahmen durch auf den Träger aufgebrachte Wülste ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Anordnens eines Rahmens hingegen ein Aufkleben eines vorgefertigten Rahmens. Der Rahmen kann dabei derart ausgebildet sein, dass er Durchgangslöcher aufweist, die nach dem Anordnen des Rahmens auf der Oberseite des Trägers zusammen mit diesem die zumindest eine Kavität bilden. Ebenso ist es jedoch möglich den Rahmen mittels eines Spritzgussverfahrens, eines Spritzpressverfahrens, mittels eines Formpressverfahrens, oder einem ähnlichen Verfahren auf die Oberseite des Trägers aufzubringen.
Auf dem Träger können ferner mehrere Licht emittierende Halbleiterelemente in jeweils einer von mehreren durch den Rahmen bereitgestellten Kavitäten angeordnet sein. Die Kavitäten bzw. die Halbleiterelemente können jeweils mit der Vergussmasse vergossen sein und auf der Vergussmasse kann über jedem der Halbleiterelemente zumindest ein Bereich des Abdeckelementes oder ein jeweiliges separates Abdeckelement angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Vereinzeln des Trägers und/oder des Rahmens, und optional des Abdeckelementes, zur Bereitstellung einer der wenigstens einen optoelektronischen Leuchtvorrichtung. Die daraus resultierende wenigstens einen optoelektronische Leuchtvorrichtung kann nach einigen der genannten Aspekte ausgebildet sein.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Schnittansicht einer unverkapselten optoelektronische Leuchtvorrichtung;
2 eine Schnittansicht einer mit einer Vergussmasse verkapselte optoelektronische Leuchtvorrichtung;
3 eine Schnittansicht einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
4 eine Schnittansicht einer weiteren optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
5 eine Schnittansicht einer weiteren optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips;
6 eine Schnittansicht einer seitenemittierenden optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips; und
7 Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.

Detaillierte Beschreibung
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.
1 zeigt eine Schnittansicht einer unverkapselten optoelektronische Leuchtvorrichtung. Die Leuchtvorrichtung umfasst einen Träger 2 und ein auf einer Oberseite 2.1 des Träger angeordnetes Licht emittierendes Halbleiterelement 3. Das Halbleiterelement 3 ist dabei insbesondere dazu ausgebildet Licht mit einer Wellenlänge im blauen und/oder ultravioletten Bereich zu emittieren. Ferner umfasst die Leuchtvorrichtung einen Rahmen 4, der auf der Oberseite 2.1 des Trägers angeordnet ist und eine Kavität 9 ausbildet, in der das Halbleiterelement 3 angeordnet ist. In der Kavität 9 ist zudem ein Reflektor 5 angeordnet, der den von dem Halbleiterelement 3 in eine Hauptemissionsrichtung L2 emittierten Lichtkegel 8 in Richtung einer Emissionsrichtung L1 der Leuchtvorrichtung um circa 90° umlenkt. Auf einer der Oberseite 2.1 des Trägers 2 gegenüberliegenden Unterseite 2.2 des Trägers 2 sind elektrische Anschlussflächen 10.1, 10.2 ausgebildet, über die die Leuchtvorrichtung mit Energie versorgt und/oder angesteuert werden kann. Die Leuchtvorrichtung ist dadurch oberflächenmontierbar.
Dadurch, dass das Halbleiterelement 3 unverkapselt ist und entsprechend in Kontakt mit einer die optoelektronische Leuchtvorrichtung umgebenden Umgebung bzw. Sauerstoff steht, besteht die Gefahr, dass das Halbleiterelement 3 während dessen Betrieb degradiert und dessen Leistungsfähigkeit somit über die Zeit abnimmt.
2 zeigt eine bezüglich des Alterungsverhaltens des Halbleiterelementes 3 verbesserte optoelektronische Leuchtvorrichtung. Die optoelektronische Leuchtvorrichtung ist dazu in einer Vergussmasse 6 vergossen. Durch das Einkapseln des Licht emittierenden Halbleiterelements 3 in der Vergussmasse 6 entsteht jedoch an einer Lichtaustrittsfläche 6.1 des von dem Halbleiterelement 3 emittierten Lichts aus der Vergussmasse 6 eine unebene Fläche, wodurch die optischen Eigenschaften / die Strahlqualität des von dem Halbleiterelement 3 emittierten Licht negativ beeinflusst werden. Diese negative und unerwünschte Beeinflussung ist in der Figur durch die gewellten Linien des aus der Lichtaustrittsfläche 6.1 austretenden Lichts in Richtung der Emissionsrichtung L1 gekennzeichnet.
3, 4, 5 und 6 zeigen jeweils eine Schnittansicht einer dahingehend weiter verbesserten optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
Auf der Vergussmasse 6 ist dazu zumindest im Bereich der Lichtaustrittsfläche 6.1 auf der Vergussmasse 6 in Emissionsrichtung L1 der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 gesehen ein für das von dem Halbleiterelement 3 emittierte Licht im wesentlichen transparentes Abdeckelement 7 angeordnet. Das Abdeckelement 7 ist dabei derart ausgebildet, dass die optischen Eigenschaften / die Strahlqualität des von dem Halbleiterelement 3 emittierten Lichts nicht bzw. nur kaum beeinflusst werden und ist mit einer Mindestgröße des Strahldurchmessers des von dem Halbleiterelement 3 emittierten Lichts auf dem Vergussmaterial 6 angeordnet. Das Abdeckelement bildet entgegen der in 2 dargestellten unebenen Fläche auf der Vergussmasse eine definierte Ebene, die die Phasenfront des Lasers nicht negativ beeinflusst. Die Verbesserung der optischen Eigenschaften / der Strahlqualität des von dem Halbleiterelement 3 emittierten Lichts der optoelektronischen Leuchtvorrichtungen 1 der 3, 4 und 5 im Vergleich zu der in 2 gezeigten Leuchtvorrichtung ist durch die glatten Ausbreitungslinien des aus der Lichtaustrittsfläche 6.1 austretenden Lichts in Richtung der Emissionsrichtung L1 gekennzeichnet. In den dargestellten Ausführungen ist das Abdeckelement als planares Plättchen aus Glas oder einem anderen transparenten Material ausgeführt. Es kann jedoch auch eine Linse oder ein anderes strahlformendes Element sein, dass mit einer ebenen Seite auf die Vergussmasse aufgelegt wird. In einigen Ausführungen ist das Material des Abdeckplättchens so gewählt, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient möglichst gut an den der Vergussmasse angepasst ist. Wenn dies nicht möglich sein sollte, ist es zweckmäßig eine möglichst stabile und innige Verbindung zu erzeugen um eine vorzeitige Delamination zu verhindern. Durch die Ausgestaltung nach dem vorgeschlagenen Prinzip sind aber die Kräfte aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten bereits reduziert, da das in den Figuren gezeigte Abdeckelement im Gegensatz zu konventionellen fixierten Elementen frei schwebend und somit in axialer Richtung beweglich ist.
Wie in der Schnittansicht in 3 dargestellt kann das Abdeckelement 7 die Kavität 9 vollends überdecken und insbesondere schließen Seitenflächen des Abdeckelementes 7 im Wesentlichen bündig mit Seitenflächen des Rahmens 4 bzw. Seitenflächen des Trägers 2 ab. Um zu gewährleisten, dass das Abdeckelement 7 dennoch schwebend auf der Vergussmasse 6 angeordnet ist, ist die Kavität 9 mittels der Vergussmasse 6 überfüllt, und ein Teil der Vergussmasse 6 ist zwischen einem oberen Rand 4.1 des Rahmens 4 und dem Abdeckelement 7 angeordnet. Dadurch steht das Abdeckelement 7 lediglich in Verbindung mit der Vergussmasse und ist entsprechend schwebend auf dieser angeordnet. Im Falle einer Ausdehnung bzw. allgemeiner Volumenänderung der Vergussmasse durch thermische Bewegung ist durch diese Anordnung dennoch gewährleistet, dass das Abdeckelement schwebend verbleibt, d.h. nicht mit dem Rand in Berührung kommt und so Beschädigungen oder eine Delamination des Abdeckelements von der Vergussmasse vermieden wird. Durch die ebene Fläche bleibt die gleiche Phasenfront des Lichts erhalten.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1. Das Abdeckelement 7 ist dabei lediglich oberhalb Lichtaustrittsfläche 6.1 des von dem Halbleiterelement 3 emittierten und von dem Reflektor 5 umgelenkten Lichts auf der Vergussmasse 6 angeordnet. Anders formuliert ist das Abdeckelement in seiner Fläche kleiner als die vom Rahmen umschlossene Fläche, so dass die Kanten des Abdeckelements vom Rahmen auch lateral beabstandet sind. Durch ein solch ausgebildetes Abdeckelement 7 können mögliche auftretende Spannungen aufgrund einer Erwärmung der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 weiter reduziert werden, und es können Kosten für das Abdeckelement 7 eingespart werden, wenn dieses lediglich auf einen Bereich beschränkt ist, in dem dessen optische Eigenschaften zur verbesserten Lichtauskopplung benötigt werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 ist der Rahmen 4 in Form eines Damms ausgebildet, der zusammen mit dem Träger 2 die Kavität 9 erzeugt. Der Damm 4 kann beispielsweise durch ein Dispensverfahren auf die Oberseite 2.1 des Trägers 2 aufgebracht worden sein und weist im Querschnitt betrachtet eine für ein solches Verfahren typische Querschnittsform in Form einer auf dem Träger 2 angeordneten Wulst auf.
6 zeigt entgegen der vorangegangenen Ausführungsbeispiele eine optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1, deren Emissionsrichtung L1 im Wesentlichen parallel zu der Hauptemissionsrichtung L2 des Halbleiterelementes 3 verläuft. Im vorliegenden Fall weist die optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 entsprechend keinen Reflektor auf, der das von dem Halbleiterelement 3 emittierte Licht umlenkt. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein oder mehrere Reflektoren innerhalb der Kavität angeordnet und in der Vergussmasse 6 vergossen sind, die das von dem Halbleiterelement 3 emittierte Licht mehrmals umlenken, um dieses parallel versetzt zu der Hauptemissionsrichtung L2 aus der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 zu emittieren. Die dargestellte optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 ist entsprechend in Form einer seitenemittierenden Leuchtvorrichtung 1 ausgebildet.
Das Abdeckelement 7 ist im vorliegenden Fall auf dem Träger 2 angeordnet und begrenzt die Vergussmasse 6 auf einer dem Rahmen 4 gegenüberliegenden Seite. Dadurch, dass die optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 nach oben hin offen ausgestaltet ist, kann sich die Vergussmasse 6 im Falle einer Erwärmung in diese Richtung hin ausdehnen, sodass ein Ablösen des Abdeckelementes 7 von dem Träger 2 verhindert wird. Der Rahmen kann wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel in Form eines Damms ausgebildet sein und auf den Träger dispenst worden sein.
7 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 nach einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips.
In einem ersten Schritt S1 wird dabei wenigstens ein Licht emittierendes Halbleiterelement 3, das dazu ausgebildet ist Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm zu emittieren, auf einer Oberseite 2.1 eines Trägers 2 angeordnet. In einem weiteren Schritt S2 wird wenigstens ein Reflektor 5 oder Prisma jeweils benachbart zu dem wenigstens einen Licht emittierenden Halbleiterelement 3 auf der Oberseite 2.1 des Trägers 2 angeordnet. Anschließend wird in einem Schritt S3 ein Rahmen 4 auf der Oberseite 2.1 des Trägers 2 angeordnet, wobei der Rahmen 4 zusammen mit dem Träger 2 zumindest eine Kavität 9 ausbildet, in jeder der wenigstens einen Kavität 9 ein Licht emittierendes Halbleiterelement 3 und ein Reflektor 5 oder Prisma angeordnet sind. In einem Schritt S4 wird anschließend das wenigstens einen Halbleiterelementes 3, sowie der wenigstens eine Reflektor 5 oder Prisma mit einer für das von dem Halbleiterelement 3 emittierte Licht im wesentlichen transparenten Vergussmasse 6 derart vergossen, dass die wenigstens eine Kavität 9 mit der Vergussmasse 6 zumindest gefüllt ist. Auf die Vergussmasse 6 wird in einem Schritt S5 wenigstens ein für das von dem Halbleiterelement 3 emittierte Licht im wesentlichen transparentes Abdeckelement 7 derart angeordnet, dass das wenigstens eine Abdeckelement 7 in eine Emissionsrichtung L1 der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1 gesehen auf der Vergussmasse 6 zumindest innerhalb eines von dem Halbleiterelement 3 emittierten Lichtkegels 8 schwebend angeordnet ist. In einem letzten Schritt S6 erfolgt ein Vereinzeln des Trägers 2, und insbesondere des Rahmens 4, sowie optional des Abdeckelementes 7, zur Bereitstellung einer der wenigstens einen optoelektronischen Leuchtvorrichtung 1.
Der Schritt S6 kann dabei auch vor dem Schritt S1 erfolgen, sodass optoelektronische Leuchtvorrichtungen einzeln und nicht im Verbund hergestellt werden. Dazu wird in dem Schritt S6 lediglich der Träger 2 vereinzelt und in den nachfolgenden Schritten werden die einzelnen Komponenten für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 1 auf die vereinzelten Trägerstücke aufgebracht.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronische Leuchtvorrichtung
2: Träger
2.1: Oberseite des Trägers
2.2: Unterseite des Trägers
3: Halbleiterelement
4: Rahmen
4.1: oberer Rand
5: Reflektor, Prisma
6: Vergussmasse
6.1: Lichtaustrittsfläche
7: Abdeckelement
8: Lichtkegel
9: Kavität
10.1, 10.2: elektrische Anschlussfläche
L1: Emissionsrichtung
L2: Hauptemissionsrichtung
S1 - S6: Verfahrensschritte

Claims

Optoelektronische Leuchtvorrichtung (1) umfassend: einen Träger (2); zumindest ein auf einer Oberseite (2.1) des Trägers (2) angeordnetes Licht emittierendes Halbleiterelement (3), das dazu ausgebildet ist Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm zu emittieren; eine für das von dem Halbleiterelement (3) emittierte Licht im wesentlichen transparente Vergussmasse (6), die das Licht emittierende Halbleiterelement (3) auf dem Träger (2) einkapselt; einen Rahmen (4), der auf der Oberseite (2.1) des Trägers (2) angeordnet ist, der das Licht emittierende Halbleiterelement (3) in eine Richtung senkrecht zur Oberseite (2.1) des Trägers (2) überragt, und der die Vergussmasse (6) in wenigstens eine Raumrichtung begrenzt; und ein für das von dem Halbleiterelement (3) emittierte Licht im wesentlichen transparentes Abdeckelement (7), das in eine Emissionsrichtung (L1) der optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1) gesehen auf der Vergussmasse (6) schwebend angeordnet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Abdeckelement (7) keine direkte Verbindung zu dem Rahmen (4) aufweist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Licht emittierende Halbleiterelement (3) durch eine seitenemittierende Laserdiode gebildet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Reflektor (5) oder ein Prisma, wobei der Reflektor (5) oder das Prisma dazu ausgebildet ist, das von dem Halbleiterelement (3) emittierte Licht umzulenken.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Emissionsrichtung (L1) der optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1) im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptemissionsrichtung (L2) des Halbleiterelements (3) verläuft.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Emissionsrichtung (L1) der optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1) und eine Hauptemissionsrichtung (L2) des Halbleiterelements (3) im Wesentlichen parallel verläuft.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (4) eine Kavität (9) ausbildet, in der das Licht emittierende Halbleiterelement (3) angeordnet ist, und die Kavität (9) mit der Vergussmasse (6) gefüllt ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vergussmasse (6) den Rahmen (4) überragt und zumindest teilweise auf einem oberen Rand (4.1) des Rahmens (4) angeordnet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Abdeckelement (7) die Kavität (9) in Draufsicht gesehen vollständig bedeckt und insbesondere den Rahmen (4) zumindest teilweise bedeckt.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9, wobei zwischen dem oberen Rand (4.1) des Rahmens (4) und dem diesen Teil des Rahmens (4) überdeckenden Abdeckelement (7) ein Teil der Vergussmasse (6) angeordnet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Abdeckelement (7) in Draufsicht gesehen eine kleinere Fläche aufweist, als die von dem Rahmen (4) umschlossene Fläche, und insbesondere der Rahmen (4) unbedeckt von dem Abdeckelement (7) ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige Bereiche der Vergussmasse (6), die außerhalb eines von der optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1) emittierten Lichtkegels (8) liegen, von dem Abdeckelement (7) freibleiben.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vergussmasse (6) aus der Gruppe der Silikone oder Siloxane gewählt ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material des Abdeckelements (7) aus der Gruppe der Epoxide oder Gläser gewählt ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdeckelement (7) durch eine Linse gebildet ist.
Optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1) auf einer der Oberseite (2.1) des Trägers (2) abgewandten Seite elektrische Kontaktflächen aufweist und oberflächenmontierbar ist.
Verfahren zur Herstellung wenigstens einer optoelektronische Leuchtvorrichtung (1) umfassend die Schritte: Anordnen wenigstens eines Licht emittierenden Halbleiterelements (3), das dazu ausgebildet ist Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 550 nm zu emittieren, auf einer Oberseite (2.1) eines Trägers (2); Anordnen eines Rahmens (4) auf der Oberseite (2.1) des Trägers (2), wobei der Rahmen (4) zusammen mit dem Träger (2) zumindest eine Kavität (9) ausbildet in der das wenigstens eine Licht emittierende Halbleiterelement (3) angeordnet ist; Vergießen des wenigstens einen Halbleiterelementes (3) mit einer für das von dem Halbleiterelement (3) emittierte Licht im wesentlichen transparenten Vergussmasse (6) derart, dass die wenigstens eine Kavität (9) mit der Vergussmasse (6) zumindest gefüllt ist; und Anordnen wenigstens eines für das von dem Halbleiterelement (3) emittierte Licht im wesentlichen transparenten Abdeckelements (7) derart, dass das wenigstens eine Abdeckelement (7) in eine Emissionsrichtung (L1) der optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1) gesehen auf der Vergussmasse (6) schwebend angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Anordnens des wenigstens einen Abdeckelements (7) nach dem Schritt des Vergießens des wenigstens einen Halbleiterelementes (3) mit der Vergussmasse (6) erfolgt, und wobei sich die Vergussmasse (6) zum Zeitpunkt des Anordnens des wenigstens einen Abdeckelements (7) in einem flüssigen Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, ferner umfassend ein Anordnen eines Reflektors (5) oder Prismas auf der Oberseite (2.1) des Trägers (2) innerhalb der zumindest einen Kavität (9), wobei der Reflektor (5) oder das Prisma dazu ausgebildet ist, das von dem Halbleiterelement (3) emittierte Licht umzulenken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Schritt des Anordnens eines Rahmens (4) ein Dispensen eines Dammmaterials umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Schritt des Anordnens eines Rahmens (4) ein Aufkleben eines vorgefertigten Rahmens umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, ferner umfassend ein Vereinzeln des Trägers (2), und insbesondere des Rahmens (4), und optional des Abdeckelementes (7), zur Bereitstellung einer der wenigstens einen optoelektronischen Leuchtvorrichtung (1).