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WO2010136252A1 - Verfahren zur herstellung einer leuchtdiode - Google Patents

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WO2010136252A1
WO2010136252A1 PCT/EP2010/054663 EP2010054663W WO2010136252A1 WO 2010136252 A1 WO2010136252 A1 WO 2010136252A1 EP 2010054663 W EP2010054663 W EP 2010054663W WO 2010136252 A1 WO2010136252 A1 WO 2010136252A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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conversion material
luminescence conversion
dye
light
emitting diode
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/054663
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gertrud KRÄUTER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
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
Priority to US13/265,407 priority Critical patent/US9806237B2/en
Priority to EP10716511A priority patent/EP2436046A1/de
Priority to CN2010800222045A priority patent/CN102439742A/zh
Priority to JP2012512271A priority patent/JP2012528473A/ja
Publication of WO2010136252A1 publication Critical patent/WO2010136252A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
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    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/82—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers

Definitions

  • a method for producing a light-emitting diode is given.
  • WO 2006/082170 describes a method for cryogenic gas spraying.
  • the document DE 20 2009 000 537 describes a plant for plasma deposition.
  • An object to be solved is to provide a method for producing a light-emitting diode, which is particularly simple and cost-saving feasible.
  • a light-emitting diode chip which comprises a semiconductor body.
  • the LED chip is for example for generating electromagnetic radiation
  • the light-emitting diode chip comprises a semiconductor body, which may comprise epitaxially grown semiconductor layers.
  • the semiconductor body preferably comprises at least one active region, in which the
  • the light-emitting diode chip can be provided individually or in a wafer composite. That is, it can also be a variety are provided by light-emitting diode chips, which are not yet isolated, but in the wafer composite, that is in a disc with a plurality of LED chips, are present.
  • a luminescence conversion material is applied to the outer surface of the semiconductor body.
  • the luminescence conversion material is a material capable of absorbing electromagnetic radiation
  • the luminescence conversion material is preferably applied to an outer surface of the semiconductor body, such that at least a portion of the in operation
  • the luminescence conversion material may be the
  • the luminescence conversion material is applied by thermal spraying.
  • Thermal spraying is a surface coating process.
  • filler materials, the so-called spray additives inside or outside of a spray burner, are melted off, melted into a gas flow in the form of SO spray particles and thrown onto the surface of the body to be coated.
  • the surface of the body to be coated is not melted and only slightly thermally stressed.
  • a layer formation of the sprayed material takes place because the sprayed material - for example in the form of particles - when hitting the body to be coated process and 5 material dependent more or less flattened and primarily adheres to the body by mechanical interlocking and layered a sprayed Layer builds up.
  • a light-emitting diode chip is initially provided which comprises a semiconductor body.
  • a luminescence conversion material is applied to the outer surface of the semiconductor body by means of thermal spraying, such that at least part of the electromagnetic radiation generated during operation of the light emitting diode 5 strikes the luminescence conversion material.
  • the luminescence conversion material is preferably a luminescence conversion material suitable for down-conversion. That is, the luminescence conversion material absorbs electromagnetic radiation and re-emits electromagnetic radiation having longer wavelengths. According to at least one embodiment of the method described here, the luminescence conversion material instead of directly onto the outer surface of the semiconductor body on the outer surface of a carrier by means of thermal spraying
  • the support is a radiation-transmissive support which converts at least part of the electromagnetic radiation generated in operation in the light-emitting diode chip and / or that converted by the luminescence conversion material
  • the carrier is arranged on a radiation exit surface of the LED chip in such a way that at least part of the electromagnetic radiation generated during operation of the light-emitting diode is applied to the light source
  • Lumineszenzkonversionsmaterial meets. This can be achieved, for example, by fixing the carrier on the radiation exit surface of the light-emitting diode chip or by subordinating it to the radiation exit surface in a radiation direction of the light-emitting diode chip.
  • a light-emitting diode chip comprising a semiconductor body. Furthermore, a radiation-transmissive carrier is provided. On the
  • the luminescence conversion material is applied by thermal spraying.
  • the carrier coated with the luminescence conversion material becomes
  • the luminescence conversion material 5 is in direct contact with the carrier and there is no further material - for example a matrix material - between the particles of the luminescence conversion material, so that heat generated during the conversion can be dissipated to the carrier particularly efficiently.
  • the carrier is formed with one of the following materials: ceramic, semiconductor material, glass, plastic.
  • the carrier may, for example, contain at least one of said materials 5 or consist of one of said materials.
  • the carrier may be formed, for example, as a flexible film, which can be applied as a platelet on the radiation exit surface of the LED chip.
  • the outer surface of the carrier may be partially or completely coated with the luminescence conversion material.
  • the thermal spraying is a cold gas spraying.
  • Cold gas spraying is a subform of! 5 thermal spraying.
  • a coating material for example in powder form, is applied at high speed to the body to be coated. For this, a process gas heated up to a few hundred degrees Celsius is passed through
  • Expansion in a Laval nozzle accelerates to supersonic speed and then the particles of the Coating material injected into the gas jet.
  • the injected spray particles are thereby accelerated to such a high speed that, in contrast to other thermal spraying methods, they can also be used without a preceding or
  • Cold gas spraying is a particularly gentle way of applying luminescence conversion material directly to a semiconductor body or to the outer surface of a carrier.
  • the thermal spraying is a nanopowder plasma deposition.
  • This method is based on the principle of atmospheric plasma spraying. By means of this method, particles with a mean diameter in the
  • the average diameter of the deposited particles is for example between 1 nm and 10 microns.
  • the particles of the luminescence conversion material have an average diameter between 1 nm and 20 ⁇ m.
  • 0 comprises the luminescence conversion material at least one inorganic phosphor.
  • the inorganic phosphor may be one of the following, for example Phosphors are: rare earth doped garnets, rare earth doped alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogallates, rare earth doped metals
  • Orthosilicates rare earth doped chlorosilicates, rare earth doped alkaline earth silicon nitrides, rare earth doped oxynitrides, rare earth doped metals
  • the phosphors described have, for example, an absorption in the range of ultraviolet or blue primary radiation and exhibit fluorescence in the visible, for example yellow, spectral range.
  • the luminescence conversion material comprises at least one organic phosphor.
  • Luminescence conversion material at least one of the following organic phosphors: perylenes, benzopyrene, coumarins, rhodamines, azo dye, terrylene dye, quaterrylene dye, naphthalimide dye, cyanine dye, xanthene dye, oxazine dye, anthracene dye, Naphthacen-
  • the luminescence conversion material comprises only inorganic or only organic phosphors.
  • the luminescence conversion material comprises only inorganic or only organic phosphors.
  • the SO luminescence conversion material comprises exactly one phosphor.
  • the luminescence conversion material comprises at least one inorganic phosphor and one organic phosphor.
  • the luminescence conversion material can at least one
  • organic and inorganic phosphors can cause the scattering effect of the inorganic phosphor to increase
  • the phosphors can be selected such that both phosphors absorb electromagnetic radiation which is generated by the LED chip during operation, and electromagnetic radiation in each case from one another
  • organic and inorganic phosphors can be applied simultaneously, ie mixed. It is also possible that layers with different phosphors are applied one above the other. For example, there is a first,
  • the luminescence conversion material is removed in places after application to the semiconductor body or the carrier.
  • the Removal can be done, for example, by grinding, polishing or by laser ablation of the applied
  • Lumineszenzkonversionsmaterials done. By removing the layer thickness and the structuring of the layer of luminescence conversion material can be adjusted. It is thereby possible that the color location of the mixed light emitted by the light-emitting diode can be set particularly precisely.
  • FIGS. 1A, 1B, 1C and 2 show different views on the basis of schematic sectional views
  • FIG. 1A shows by way of a schematic
  • a light-emitting diode chip 1 is provided.
  • SO comprises a semiconductor body 10.
  • the semiconductor body 10 comprises differently doped semiconductor layers 11, 13 between which an active region 12 is arranged. Of the active region 12 is provided in the operation of the LED chip 1 for generating electromagnetic radiation 4 (see also the figure IC).
  • the semiconductor body 10 includes a radiation exit surface 14, which may be roughened, for example.
  • the roughening of the radiation exit surface 14 can lead to an increase in the probability of escape of electromagnetic radiation 4 generated in the active region 12.
  • a nozzle 2 is by thermal spraying, for example by cold spraying, luminescence conversion material 3 on the radiation passage area 14 of the semiconductor body 10th
  • the luminescence conversion material 3 comprises, for example, a ceramic phosphor which is supplied as a powder or suspension to an energy source, for example an arc, a plasma or a laser, melted, accelerated in the gas flow and deposited on the radiation passage area 14.
  • the ceramic phosphor may be, for example, one of the following doped garnets: YAG: Ce, TAG: Ce, TbYAGiCe, LuAGiCe
  • the average particle size of the phosphors is, for example, between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m, for example between 2 ⁇ m and 15 ⁇ m. Smaller particle sizes, for example in the range of 2 microns, for example, lead to darker LEDs, but by a high color homogeneity
  • the LED chip 1 is made after removing a part of the layer
  • Lumineszenzkonversionsmaterial 3 shown.
  • a part of the luminescence conversion material 3 is removed by grinding or polishing to produce a smooth and uniform outer surface of the luminescent conversion material layer 3.
  • Electromagnetic radiation 4 generated during operation in the active region 12 enters the luminescence conversion material 3 and is partially converted there into converted electromagnetic radiation 5.
  • the light-emitting diode 10 produced in this way can, for example, produce mixed light from directly generated electromagnetic radiation and converted electromagnetic radiation 5.
  • the luminescence conversion material 3 is applied to the outer surface of a carrier 6, which is permeable to electromagnetic radiation 4 SO produced in the active region 12 of the LED chip 1.
  • the support 6 coated in this way can subsequently be fastened to the radiation passage area 14 on the light-emitting diode chip 1.
  • the carrier 6 can be attached to the LED chip 1 by means of an optical adhesive, by means of silicone or by means of a glass.
  • the glass may be a low-melting glass or a glass from a sol-gel process. A removal of a portion of the layer of luminescence conversion material 3 is possible before or after the application to the LED chip 1.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode mit den folgenden Schritten angegeben: -Bereitstellen eines Leuchtdiodenchips (1) umfassend einen Halbleiterkörper (10), und -Aufbringen eines Lumineszenzkonversionsmaterials (3) auf die Aussenfläche (14) des Halbleiterkörpers (10) mittels thermischen Spritzens, derart, dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung (4) auf das Lumineszenzkonversionsmaterial (3) trifft.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode
5 Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode angegeben .
Die Druckschrift US 2006/0182969 beschreibt ein Pulver, das zur Beschichtung mittels thermischen Spritzens geeignet ist. 0
Die Druckschrift WO 2006/082170 beschreibt ein Verfahren zum KaItgasspritzen.
Die Druckschrift DE 20 2009 000 537 beschreibt eine Anlage für 5 die Plasma-Abscheidung.
Ein zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode anzugeben, das besonders einfach und Kosten sparend durchführbar ist.
:o
Gemäß einer Ausführungsform eines hier beschriebenen Verfahrens wird zunächst ein Leuchtdiodenchip bereitgestellt, der einen Halbleiterkörper umfasst. Der Leuchtdiodenchip ist beispielsweise zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung
!5 im Wellenlängenbereich von UV-Strahlung und/oder blauem Licht geeignet. Der Leuchtdiodenchip umfasst einen Halbleiterkörper, der epitaktisch gewachsene Halbleiterschichten umfassen kann. Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper vorzugsweise zumindest einen aktiven Bereich, in dem im Betrieb der
!0 Leuchtdiode elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Der Leuchtdiodenchip kann einzeln oder im Waferverbund bereitgestellt werden. Das heißt, es kann auch eine Vielzahl von Leuchtdiodenchips bereitgestellt werden, die noch nicht vereinzelt sind, sondern im Waferverbund, das heißt in einer Scheibe mit einer Vielzahl von Leuchtdiodenchips, vorliegen.
5 Gemäß zumindest einer Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens wird ein Lumineszenzkonversionsmaterial auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht. Bei dem Lumineszenzkonversionsmaterial handelt es sich um ein Material, das zur Absorption von elektromagnetischer Strahlung
0 und Re-Emission von elektromagnetischer Strahlung mit längerer Wellenlänge als die absorbierte elektromagnetische Strahlung geeignet ist. Das Lumineszenzkonversionsmaterial wird vorzugsweise auf eine Außenfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht, derart, dass zumindest ein Teil der im Betrieb
5 der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischer Strahlung auf das Lumineszenzkonversionsmaterial trifft. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial auf eine
Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips aufgebracht !0 wird. Das Lumineszenzkonversionsmaterial kann die
Strahlungsaustrittsfläche dann stellenweise oder vollständig bedecken .
Vorliegend wird das Lumineszenzkonversionsmaterial mittels !5 thermischen Spritzens aufgebracht. Beim thermischen Spritzen handelt es sich um ein Oberflächenbeschichtungsverfahren . Beim thermischen Spritzen werden Zusatzwerkstoffe, die so genannten Spritzzusätze, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners ab-, an- oder aufgeschmolzen, in einen Gasstrom in Form von SO Spritzpartikeln beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Körpers geschleudert. Die Oberfläche des zu beschichtenden Körpers wird dabei nicht aufgeschmolzen und nur in geringem Maße thermisch belastet. Eine Schichtbildung des aufgespritzten Materials findet statt, da das aufgespritzte Material - zum Beispiel in Form von Partikeln - beim Auftreffen auf den zu beschichtenden Körper prozess- und 5 materialabhängig mehr oder minder abgeflacht wird und vorrangig durch mechanische Verklammerung am Körper haften bleibt und lagenweise eine gespritzte Schicht aufbaut.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines hier beschriebenen 0 Verfahrens wird zunächst ein Leuchtdiodenchip bereitgestellt, der einen Halbleiterkörper umfasst. Anschließend wird ein Lumineszenzkonversionsmaterial auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers mittels thermischen Spritzens aufgebracht, derart dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode 5 erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das Lumineszenzkonversionsmaterial trifft .
Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial ohne Verbindungsmaterial oder
!0 Matrixmaterial in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper tritt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Konversion von elektromagnetischer Strahlung erzeugte Wärme gut abgeleitet werden kann, da keine beispielsweise organische Matrix zwischen den Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials
!5 vorhanden ist.
Bei dem Lumineszenzkonversionsmaterial handelt es sich vorzugsweise um eine Lumineszenzkonversionsmaterial, das zur Abwärtskonversion (englisch: down-conversion) geeignet ist. SO Das heißt, das Lumineszenzkonversionsmaterial absorbiert elektromagnetische Strahlung und re-emittiert elektromagnetische Strahlung mit größeren Wellenlängen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens wird das Lumineszenzkonversionsmaterial statt direkt auf die Außenfläche des Halbleiterkörpers auf die Außenfläche eines Trägers mittels thermischen Spritzens
5 aufgebracht. Bei dem Träger handelt es sich um einen strahlungsdurchlässigen Träger, der zumindest für einen Teil der im Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung und/oder der durch das Lumineszenzkonversionsmaterial konvertierten
0 elektromagnetischen Strahlung durchlässig ist. In einem zusätzlichen Verfahrensschritt wird der Träger an einer Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips derart angeordnet, dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das
5 Lumineszenzkonversionsmaterial trifft. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Träger auf der Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips befestigt wird oder der Strahlungsaustrittsfläche in einer Abstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips nachgeordnet wird.
:o
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines hier beschriebenen Verfahrens wird zunächst ein Leuchtdiodenchip umfassend einen Halbleiterkörper bereitgestellt. Ferner wird ein strahlungsdurchlässiger Träger bereitgestellt. Auf die
!5 Außenfläche des Trägers wird ein
Lumineszenzkonversionsmaterial aufgebracht. Das Lumineszenzkonversionsmaterial wird mittels thermischen Spritzens aufgebracht. Der mit dem Lumineszenzkonversionsmaterial beschichtete Träger wird an
!0 einer Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips angeordnet, derart, dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung auf das Lumineszenzkonversionsmaterial trifft .
Vorteilhafterweise steht das Lumineszenzkonversionsmaterial 5 mit dem Träger in direktem Kontakt und es befindet sich kein weiteres Material - zum Beispiel ein Matrixmaterial - zwischen den Partikeln des Lumineszenzkonversionsmaterials, so dass bei der Konversion erzeugte Wärme besonders effizient an den Träger abgeführt werden kann. 0
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger mit einem der folgenden Materialien gebildet: Keramik, Halbleitermaterial, Glas, Kunststoff. Der Träger kann beispielsweise zumindest eines der genannten Materialien 5 enthalten oder aus einem der genannten Materialien bestehen. Der Träger kann beispielsweise als flexible Folie ausgebildet sein, die als Plättchen auf die Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips aufgebracht werden kann. Die Außenfläche des Trägers kann stellenweise oder vollständig mit dem !0 Lumineszenzkonversionsmaterial beschichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem thermischen Spritzen um ein Kaltgasspritzen. Beim Kaltgasspritzen handelt es sich um eine Unterform des !5 thermischen Spritzens.
Beim Kaltgasspritzen wird ein Beschichtungswerkstoff, der zum Beispiel in Pulverform vorliegt, mit hoher Geschwindigkeit auf den zu beschichtenden Körper aufgebracht. Dazu wird ein auf !0 wenige 100 Grad Celsius aufgeheiztes Prozessgas durch
Expansion in einer Lavaldüse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend werden die Partikel des Beschichtungswerkstoffs in den Gasstrahl injiziert. Die injizierten Spritzpartikel werden dabei auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, dass sie im Gegensatz zu anderen thermischen Spritzverfahren auch ohne vorangehendes An- oder
5 Aufschmelzen beim Aufprall auf den zu beschichtenden Körper eine dichte und fest haftende Schicht bilden. Die kinetische Energie zum Zeitpunkt des Aufpralls der Partikel des Beschichtungswerkstoffs auf den Körper reicht für ein vollständiges Aufschmelzen der Partikel nicht aus. Beim
0 Kaltgasspritzen handelt es sich um eine besonders schonende Möglichkeit, Lumineszenzkonversionsmaterial direkt auf einen Halbleiterkörper oder auf die Außenfläche eines Trägers aufzubringen .
5 Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem thermischen Spritzen um eine Nanopulver- Plasma-Abscheidung. Dieses Verfahren beruht auf dem Prinzip des Atmosphärenplasma-Spritzens . Mittels dieses Verfahrens können Partikel mit einem mittleren Durchmesser im
!0 Nanometerbereich abgeschieden werden. Der Träger oder der
Halbleiterkörper erfahren dabei keine Erwärmung. Der mittlere Durchmesser der abgeschiedenen Partikel beträgt dabei zum Beispiel zwischen 1 nm und 10 μm.
!5 Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials einen mittleren Durchmesser zwischen 1 nm und 20 μm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst !0 das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen anorganischen Leuchtstoff. Bei dem anorganischen Leuchtstoff kann es sich beispielsweise um einen der folgenden Leuchtstoffe handeln: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
5 Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
0 Aluminiumoxynitride .
Die beschriebenen Leuchtstoffe verfügen beispielsweise über eine Absorption im Bereich von ultravioletter oder blauer Primärstrahlung und weisen eine Fluoreszenz im sichtbaren, zum 5 Beispiel gelbem, Spektralbereich auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen organischen Leuchtstoff. Beispielsweise umfasst das
!0 Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen der folgenden organischen Leuchtstoffe: Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine, Azo-Farbstoff, Terrylen-Farbstoff, Quaterrylen- Farbstoff, Naphthalimid-Farbstoff, Cyanin-Farbstoff, Xanthen- Farbstoff, Oxazin-Farbstoff, Anthracen-Farbstoff, Naphthacen-
!5 Farbstoff, Anthrachinon-Farbstoff, Thiazin-Farbstoff .
Es ist möglich, dass das Lumineszenzkonversionsmaterial nur anorganische oder nur organische Leuchtstoffe umfasst. Insbesondere ist es auch möglich, dass das
SO Lumineszenzkonversionsmaterial genau einen Leuchtstoff umfasst . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen anorganischen Leuchtstoff und einen organischen Leuchtstoff. Das Lumineszenzkonversionsmaterial kann dabei zumindest einen
5 der oben genannten organischen Leuchtstoffe und zumindest einen der oben genannten anorganischen Leuchtstoffe umfassen. Die Kombination aus organischen und anorganischen Leuchtstoffen kann bewirken, dass die Streuwirkung des anorganischen Leuchtstoffs zu einer gesteigerten
0 Absorptionswahrscheinlichkeit im organischen Leuchtstoff führt. Die Leuchtstoffe können dabei derart ausgewählt werden, dass beide Leuchtstoffe elektromagnetische Strahlung, welche vom Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugt wird, absorbieren und elektromagnetische Strahlung jeweils einer voneinander
5 unterschiedlichen Farbe reemittieren. Auf diese Weise ist eine Leuchtdiode realisiert, deren emittiertes - beispielsweise weißes Licht - einen besonders hohen Farbwiedergabewert aufweist .
!0 Unterschiedliche Leuchtstoffe - beispielsweise organische und anorganische Leuchtstoffe können dabei gleichzeitig, das heißt gemischt, aufgebracht werden. Ferner ist es möglich, dass Schichten mit unterschiedlichen Leuchtstoffen übereinander aufgebracht werden. Beispielsweise besteht eine erste,
!5 Halbleiterkörper oder dem Träger zugewandte Schicht aus einem anorganischen Leuchtstoff, während eine zweite, auf der ersten Schicht angeordnete Schicht, aus einem anderen anorganischen Leuchtstoff oder einem organischen Leuchtstoff besteht.
SO Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Lumineszenzkonversionsmaterial nach dem Aufbringen auf den Halbleiterkörper oder dem Träger stellenweise entfernt. Das Entfernen kann beispielsweise durch Schleifen, Polieren oder mittels Laserabtrag des aufgebrachten
Lumineszenzkonversionsmaterials erfolgen. Durch das Entfernen kann die Schichtdicke sowie die Strukturierung der Schicht aus 5 Lumineszenzkonversionsmaterial eingestellt werden. Es ist dadurch möglich, dass der Farbort des von der Leuchtdiode emittierten Mischlichts besonders genau eingestellt werden kann .
0 Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figuren IA, IB, IC und 2 zeigen anhand schematischer 5 Schnittdarstellungen unterschiedliche
Verfahrensschritte von hier beschriebenen Verfahren.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren
!0 und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
!5
Die Figur IA zeigt anhand einer schematischen
Schnittdarstellung einen ersten Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens. Bei dem Verfahren wird ein Leuchtdiodenchip 1 bereitgestellt. Der Leuchtdiodenchip 1
SO umfasst einen Halbleiterkörper 10. Der Halbleiterkörper 10 umfasst unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten 11, 13 zwischen denen ein aktiver Bereich 12 angeordnet ist. Der aktive Bereich 12 ist im Betrieb des Leuchtdiodenchips 1 zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung 4 (vergleiche dazu auch die Figur IC) vorgesehen.
5 Der Halbleiterkörper 10 umfasst eine Strahlungsaustrittsfläche 14, die beispielsweise aufgeraut sein kann. Die Aufrauung der Strahlungsaustrittsfläche 14 kann zu einer Erhöhung der Austrittswahrscheinlichkeit von im aktiven Bereich 12 erzeugter elektromagnetischer Strahlung 4 führen.
0
Beispielsweise mittels einer Düse 2 wird durch thermisches Spritzen, zum Beispiel durch Kaltspritzen, Lumineszenzkonversionsmaterial 3 auf die Strahlungsdurchtrittsflache 14 des Halbleiterkörpers 10
5 aufgebracht. Das Lumineszenzkonversionsmaterial 3 umfasst beispielsweise einen keramischen Leuchtstoff, der als Pulver oder Suspension einer Energiequelle, zum Beispiel einem Lichtbogen, einem Plasma, oder einem Laser zugeführt, aufgeschmolzen, im Gasstrom beschleunigt und auf die !0 Strahlungsdurchtrittsflache 14 abgeschieden wird. Bei dem keramischen Leuchtstoff kann es sich zum Beispiel um eines der folgenden dotierten Granate handeln: YAG:Ce, TAG:Ce, TbYAGiCe, LuAGiCe
!5 Die mittlere Partikelgröße der Leuchtstoffe beträgt beispielsweise zwischen 1 μm und 50 μm, zum Beispiel zwischen 2 μm und 15 μm. Kleinere Partikelgrößen zum Beispiel im Bereich von 2 μm führen dabei zum Beispiel zu dunkleren Leuchtdioden, die sich aber durch eine hohe Farbhomogenität
!0 auszeichnen. Größere Partikelgrößen zum Beispiel im Bereich von 15 μm führen aufgrund der geringeren Streuwirkung zu helleren Leuchtdioden. Aus der schematischen Schnittdarstellung der Figur IB ist ersichtlich, dass nach Abschluss des Aufbringens des Lumineszenzkonversionsmaterials 3 eine Schicht des Lumineszenzkonversionsmaterials 3 auf die
5 Strahlungsdurchtrittsflache 14 des Halbleiterkörpers 10 des Leuchtdiodenchips 1 aufgebracht ist.
In der Figur IC ist der Leuchtdiodenchip 1 nach einem Entfernen eines Teils der Schicht aus
0 Lumineszenzkonversionsmaterial 3 dargestellt. Beispielsweise wird ein Teil des Lumineszenzkonversionsmaterials 3 durch Schleifen oder Polieren entfernt, um eine glatte und gleichmäßige Außenfläche der Schicht mit Lumineszenzkonversionsmaterial 3 zu erzeugen.
5
Im Betrieb im aktiven Bereich 12 erzeugte elektromagnetische Strahlung 4 tritt in das Lumineszenzkonversionsmaterial 3 und wird dort teilweise in konvertierte elektromagnetische Strahlung 5 konvertiert. Die derart hergestellte Leuchtdiode !0 kann beispielsweise Mischlicht aus direkt erzeugter elektromagnetischer Strahlung und konvertierter elektromagnetischer Strahlung 5 erzeugen.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 2 ist !5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Lumineszenzkonversionsmaterial 3 auf die Außenfläche eines Trägers 6 aufgebracht, der für im aktiven Bereich 12 des Leuchtdiodenchips 1 erzeugter elektromagnetischer Strahlung 4 SO durchlässig ist. Der derart beschichtete Träger 6 kann anschließend an der Strahlungsdurchtrittsflache 14 am Leuchtdiodenchip 1 befestigt werden. Beispielsweise kann der Träger 6 mittels eines optischen Klebers, mittels Silikon oder mittels eines Glases ein am Leuchtdiodenchip 1 befestigt werden. Bei dem Glas kann es sich um ein niedrig schmelzendes Glas oder um ein Glas aus einem Sol-Gel-Prozess handeln. Ein Entfernen eines Teils der Schicht aus Lumineszenzkonversionsmaterial 3 ist vor oder nach dem Aufbringen auf dem Leuchtdiodenchip 1 möglich.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102009022682.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode mit den folgenden Schritten:
5 - Bereitstellen eines Leuchtdiodenchips (1) umfassend einen Halbleiterkörper (10), und
- Aufbringen eines Lumineszenzkonversionsmaterials (3) auf die Außenfläche (14) des Halbleiterkörpers (10) mittels thermischen Spritzens, derart, dass zumindest ein Teil der im
0 Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen
Strahlung (4) auf das Lumineszenzkonversionsmaterial (3) trifft.
2. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode mit den 5 folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Leuchtdiodenchips (1) umfassend einen Halbleiterkörper (10),
- Bereitstellen eines strahlungsdurchlässigen Trägers (6),
- Aufbringen eines Lumineszenzkonversionsmaterials (3) auf die !0 Außenfläche des Trägers (6) mittels thermischen Spritzens, und
- Anordnen des Trägers (6) an einer Strahlungsaustrittsfläche (14) des Leuchtdiodenchips (1), derart, dass zumindest ein Teil der im Betrieb der Leuchtdiode erzeugten elektromagnetischen Strahlung (4) auf das
!5 Lumineszenzkonversionsmaterial (3) trifft.
3. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials (3) einen mittleren Durchmesser zwischen 1 μm und 50 μm, insbesondere SO zwischen 2 μm und 15 μm, aufweisen, wobei das
Lumineszenzkonversionsmaterial zur Abwärtskonversion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Spritzen ein Kaltgasspritzen ist.
5. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
5 wobei das thermische Spritzen ein Atmosphärenplasma-Spritzen ist.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial (3) zumindest einen 0 anorganischen Leuchtstoff umfasst.
7. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen der folgenden anorganischen Leuchtstoffe umfasst:
5 mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden
!0 dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxynitride .
!5 8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen organischen Leuchtstoff umfasst.
9. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch,
!0 wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial zumindest einen der folgenden organischen Leuchtstoffe umfasst: Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine, Azo-Farbstoff, Terrylen- Farbstoff, Quaterrylen-Farbstoff, Naphthalimid-Farbstoff, Cyanin-Farbstoff, Xanthen-Farbstoff, Oxazin-Farbstoff, Anthracen-Farbstoff, Naphthacen-Farbstoff, Anthrachinon- Farbstoff, Thiazin-Farbstoff . 5
10. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Lumineszenzkonversionsmaterial (3) zumindest einen anorganischen Leuchtstoff und einen organischen Leuchtstoff umfasst . 0
11. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach Aufbringen des Lumineszenzkonversionsmaterials (3) ein Teil des Lumineszenzkonversionsmaterials (3) entfernt wird. 5
12. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das thermische Spritzen ein Nanopulver-Plasma- Abscheidungsverfahren ist und der mittlere Durchmesser der abgeschiedenen Partikel des Lumineszenzkonversionsmaterials
!0 zwischen 1 nm und 100 nm beträgt, wobei das
Lumineszenzkonversionsmaterial zur Abwärtskonversion von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
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