用于制造多个转换元件的方法、转换元件和光电子器件

摘要

提出一种用于制造转换元件(7)的方法，所述方法具有如下步骤：-在辅助载体(2)上提供第一转换层(1)，所述第一转换层将第一波长范围的电磁辐射转换成第二波长范围的电磁辐射，-在所述第一转换层(1)上施加第二转换层(3)，所述第二转换层将第一波长范围的电磁辐射转换成第三波长范围的电磁辐射，以及-将形成的层堆(4)分离，使得形成多个转换元件(7)，其中-每个转换元件(7)包括至少一个第一转换区域(8)，-每个转换元件(7)包括至少一个第二转换区域(9)，以及-转换区域(8，9)在横向上并排设置。此外，提出一种转换元件和一种光电子器件。

权利要求

1.一种用于制造多个转换元件(7)的方法，所述方法具有如下步骤：-在辅助载体(2)上提供第一转换层(1)，所述第一转换层将第一波长范围的电磁辐射转换成第二波长范围的电磁辐射，-在所述第一转换层(1)上施加第二转换层(3)，所述第二转换层将第一波长范围的电磁辐射转换成第三波长范围的电磁辐射，以及-将形成的层堆(4)分离，使得形成多个转换元件(7)，其中

-每个转换元件(7)包括至少一个第一转换区域(8)，所述第一转换区域具有所述第一转换层(1)的材料，-每个转换元件(7)包括至少一个第二转换区域(9)，所述第二转换区域具有所述第二转换层(3)的材料，以及-所述转换区域(8，9)在横向上并排设置。

2.根据上一项权利要求所述的方法，

其中将至少一个另外的第一转换层(1)和至少一个另外的第二转换层(3)交替地施加到所述第二转换层(3)上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中

-将第三转换层(10)施加到所述第二转换层(3)上，所述第三转换层将所述第一波长范围的电磁辐射转换成第四波长范围的电磁辐射，以及-每个转换元件(7)包括至少一个第三转换区域(8)，所述第三转换区域具有所述第三转换层的材料。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中分离所述层堆(4)包括两个分离步骤，其中将所述层堆(4)在第一分离步骤中分割成多个片(5)，和将所述片(5)在第二分离步骤中分割成多个转换元件(7)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中所述第一转换层(1)和/或所述第二转换层(3)通过如下方法之一产生：喷涂、流延成型、旋涂。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中-所述第一转换层(1)包括聚合物基质材料，多个第一发光材料颗粒引入到所述聚合物基质材料中，其中所述第一发光材料颗粒将所述第一波长范围的电磁辐射转换成所述第二波长范围的电磁辐射，和/或-所述第二转换层(3)包括聚合物基质材料，多个第二发光材料颗粒引入到所述聚合物基质材料中，其中所述第二发光材料颗粒将所述第一波长范围的电磁辐射转换成所述第三波长范围的电磁辐射。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其中在施加所述转换层(1，3，10)之后和在分离之前将所述层堆(4)从所述层堆(4)的主延伸平面卷绕或折叠。

8.根据上一项权利要求所述的方法，

其中将所述层堆(4)卷绕成柱体，蜿蜒形折叠成立方体或之字形折叠成立方体。

9.一种转换元件(7)，所述转换元件借助根据权利要求1至8中任一项所述的方法来制造。

10.一种光电子器件，所述光电子器件具有：-发射辐射的半导体芯片(11)，所述半导体芯片从辐射出射面发出第一波长范围的电磁辐射，以及-根据权利要求9所述的转换元件(7)，所述转换元件将所述第一波长范围的电磁辐射转换成第二波长范围的电磁辐射和第三波长范围的电磁辐射。

说明书

用于制造多个转换元件的方法、转换元件和光电子器件

技术领域

[0001] 提出一种用于制造多个转换元件的方法、一种转换元件和一种光电子器件。

发明内容

[0002] 应提出一种简化的用于制造多个转换元件的方法，其中每个转换元件都具有至少两个不同的彼此分离的区域，所述区域具有不同的波长转换特性。此外，应提出一种转换元件，所述转换元件具有至少两个不同的彼此分离的区域，所述区域具有不同的波长转换特性。另外，应提出一种光电子器件，所述光电子器件具有这种转换元件。

[0003] 所述目的通过具有本发明的特征的方法、通过具有本发明的特征的转换元件和通过具有本发明的特征的光电子器件来实现。

[0004] 方法、转换元件和光电子器件的有利的实施方式和改进方案是下面描述的主题。

[0005] 根据用于制造多个转换元件的方法的一个实施方式，提供第一转换层。第一转换层适合于将第一波长范围的电磁辐射转换成第二波长范围的电磁辐射。特别优选地，在辅助载体上提供第一转换层。

[0006] 根据该方法的另一实施方式，在第一转换层上施加第二转换层，所述第二转换层将第一波长范围的电磁辐射转换成第三波长范围的电磁辐射。

[0007] 根据该方法的另一实施方式，将所形成的层堆分离，使得形成多个转换元件。转换元件在此情况下彼此同类地或不同地构成。

[0008] 特别优选地，将层堆分离，使得每个转换元件具有至少一个第一转换区域，所述第一转换区域具有第一转换层的材料或由第一转换层的材料形成。此外，每个转换元件优选同样包括至少一个第二转换区域，所述第二转换区域具有第二转换层的材料或由第二转换层的材料形成。特别优选地，不同的转换区域在横向上并排设置。特别优选地，不同的转换区域直接彼此邻接。例如，转换元件的至少两个不同的转换区域至少部分地分别在边界面上彼此直接接触。尤其是，每个转换元件在不同的转换区域之间特别优选地没有分离结构，如例如障碍

[0009] 在两个不同的转换区域之间的边界面在此情况下可以垂直于转换元件的主延伸平面。此外，也可行的是，在两个不同的转换区域之间的边界面与主延伸平面的法线围成角度，例如锐角。

[0010] 根据该方法的另一实施方式，将至少一个另外的第一转换层和至少一个另外的第二转换层交替地施加到第二转换层上。换言之，层堆可以包括多个第一转换层和第二转换层，所述第一转换层和第二转换层优选交替地设置。

[0011] 根据该方法的另一实施方式，将第三转换层施加到第二转换层上。第三转换层将第一波长范围的电磁辐射转换成第四波长范围的电磁辐射。在分离具有至少三个不同的转换层的层堆时，优选每个转换元件除了第一转换区域和第二转换区域之外还具有至少一个第三转换区域，所述第三转换区域通过第三转换层的材料形成或具有第三转换层的材料。

[0012] 在此，也可以将其他转换层装入层堆中，所述其他转换层优选具有与第一转换层、第二转换层和第三转换层不同的波长转换特性。然而优选地，所有转换层都转换第一波长范围中的电磁辐射。

[0013] 例如，层堆由转换层形成。例如，层堆由一个或多个第一转换层、一个或多个第二转换层和一个或多个第三转换层形成。

[0014] 此外，每个转换元件在分离层堆之后特别优选分别包括转换区域，所述转换区域具有每个转换层的材料或由这些材料形成。不同的转换区域优选分别在横向上并排设置。

[0015] 特别优选地，第一波长范围、第二波长范围、第三波长范围和第四波长范围分别彼此不同地构成。例如，第一波长范围具有蓝色光或由蓝色光形成。第二波长范围特别优选地具有黄色至绿色光或由黄色至绿色光形成。第三波长范围特别优选地具有红色光或由红色光形成。第四波长范围例如具有青色光或由青色光形成。

[0016] 如果在层堆中使用多于两个不同类型的转换层，则可行的是，所述转换层r次地在层堆中交替地重复。

[0017] 根据该方法的另一实施方式，分离层堆包括两个分离步骤。在第一分离步骤中，将层堆优选分割成多个片，例如借助于锯割或借助于激光来分割。片的厚度例如在10微米和200微米之间，其中包括边界值。优选地，片的厚度在30微米和100微米之间，其中包括边界值。

[0018] 每个片优选具有由层堆的转换层构成的图案。例如，该图案可以是第一转换层和第二转换层的螺旋形的布置。此外可行的是，该图案是由第一转换层和第二转换层构成的线的交替的序列。最后，所述片也可以具有由第一转换层和第二转换层构成的蜿蜒形的布置。

[0019] 根据该方法的一个特别优选的实施方式，在第二分离步骤中，将每个片分割成多个转换元件。第二分离步骤在此情况下优选在时间上与第一分离步骤分离地进行。优选地，第二分离步骤在第一分离步骤之后进行。

[0020] 优选地，所述片在第二分离步骤中沿着两个分离方向分离。优选地，这两个分离方向在此情况下彼此垂直。例如沿着两个分离方向的分离在唯一的分离步骤中进行。对此合适的分离方法例如是冲压。特别优选地，这样产生的转换元件至少部分地包括所述片的上文所述的图案。换言之，转换区域优选至少部分地以所述图案中的一个至少部分地设置在转换元件之内。这改善了经转换的光的混合。

[0021] 在第二分离步骤中，有利地可以产生制成的转换元件的多个形状。因此，可以实现带有凹部的转换元件。所述凹部优选构建为，留空半导体芯片的接触部位，由此所述接触部位可以与接合线电接触。

[0022] 第一转换层和/或第二转换层以及可能的其他由层堆包括的转换层例如可以通过如下方法之一产生：喷涂、流延成型、旋涂。

[0023] 此外也可行的是，使用预制的转换层。预制的转换层例如可以通过层压与另一转换层连接。为了层压可以使用辊。

[0024] 根据该方法的另一实施方式，第一转换层包括聚合物基质材料，在所述聚合物基质材料中引入多个第一发光材料颗粒。第一发光材料颗粒在此情况下将第一波长范围的电磁辐射转换成第二波长范围的电磁辐射。换言之，优选发光材料颗粒给予转换层波长转换特性。

[0025] 第二或任何其他转换层也可以包括聚合物基质材料，多个第二或其他发光材料颗粒引入到所述聚合物基质材料中。第二发光材料颗粒将第一波长范围的电磁辐射转换成第三波长范围的电磁辐射。任何其他转换层都可以包括其他多个发光材料颗粒，所述发光材料颗粒将第一波长范围的电磁辐射转换成其他波长范围的电磁辐射。

[0026] 例如可以产生转换层，在所述转换层中发光材料颗粒引入到聚合物基质材料中，其中将相应的发光材料颗粒以液态引入到聚合物基质材料中并且以液态通过喷涂、流延成型或旋涂施加到辅助载体上，使得形成液态转换层。在接下来的步骤中，优选完全地或部分地硬化液态转换层。

[0027] 例如，聚合物基质材料在液态下包括多个未交联的单体或由多个未交联的单体构成。为了硬化转换层，单体通常通过聚合反应彼此交联。聚合反应例如可以通过温度或UV辐射引发。当前，聚合物基质材料的状态称作为“部分硬化”，在所述聚合物基质材料中，并非聚合物基质材料的所有单体都通过聚合反应彼此交联。更确切而言，单体的不可忽略的部分是未交联的。然而，单体的聚合反应优选持续至，使得基质材料的液态已经转变为固态。用“完全硬化”在此表示如下状态，在该状态中，基质材料的单体的主要部分通过聚合反应过程彼此交联。

[0028] 例如硅树脂可以用作为聚合物基质材料。根据一个实施方式，层堆的所有转换层具有相同的基质材料。

[0029] 例如，对于发光材料颗粒适合的是如下材料之一：稀土元素掺杂的类石榴石，例如(Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12型的化合物，稀土元素掺杂的碱土金属氮化硅，例如(Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8型或(Mg,Ca,Sr,Ba)SiN2型的化合物，稀土元素掺杂的氮化铝硅酸盐
(Alumonitridosilikate)，例如(Ca,Sr,Ba)AlSiN3型或(Sr,Ca)SrAl2Si2N6型的化合物，稀土元素掺杂的氮氧化物，例如(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2，稀土元素掺杂的氮氧化铝，例如α-或β-SiAlON型的化合物，稀土元素掺杂的氮化硅，例如(Sr,Ba)(Y,Yb)Si4N7型的化合物，稀土元素掺杂的(Sr,Ca)[LiAl3N4]型的化合物，K2SiF6:Mn4+和稀土元素掺杂的(K,Na)2(Si,Ti)F6型的化合物，稀土元素掺杂的正硅酸盐，例如(Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4型的化合物，稀土元素掺杂的氧化物，例如(Mg,Ca,Sr,Ba)4Al14O25型的化合物。

[0030] 此外，半导体纳米材料也适合于发光材料颗粒。这种半导体纳米材料例如是CdS/CdSe核壳结构，优选也为其他用于波长转换的纳米颗粒状的半导体材料，如例如CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgTe、HgSe、GaP、GaAs、GaSb、AlP、AlAs、AlSb、InP、InAs、InSb、SiC、InN、AlN或其他混合晶体(三元、四元、…)或多种不同半导体材料的组合。构成为纳米颗粒的发光材料颗粒可以具有核壳和/或合金结构。

[0031] 在此情况下可行的是，每个转换层具有不同的发光材料颗粒的混合物，所述发光材料颗粒具有不同的波长转换特性。优选地，转换层的不同的发光材料颗粒将第一波长范围的电磁辐射转换成不同的出自类似的光谱范围的波长范围。特别优选地，制成的转换层分别没有其他转换层的发光材料颗粒。

[0032] 发光材料颗粒例如具有在1微米和40微米之间、优选在5微米和30微米之间和特别优选在10微米和25微米之间的平均直径d50，其中包括边界值。

[0033] 具有半导体纳米材料或由半导体纳米材料形成的发光材料颗粒例如具有在1纳米和25微米之间和优选在10纳米和10微米之间的平均直径d50，其中包括边界值。

[0034] 特别优选地，转换层分别具有在1微米和500微米之间的厚度，其中包括边界值。

[0035] 除了转换层之外，层堆可以具有其他层，所述其他层对发光材料颗粒附加地或替选地具有填充材料或其他材料。

[0036] 根据该方法的一个特别优选的实施方式，在施加转换层之后且在分离之前将层堆从层堆的主延伸平面卷绕或折叠。以此方式和方法，在片中从而在制成的转换元件中可以简单地产生上文所描述的不同图案。

[0037] 例如，层堆可以卷绕成柱体。在分离卷绕成柱体的层堆时，可以产生具有螺旋形图案的圆形的片。

[0038] 此外也可行的是，将层堆蜿蜒形地或之字形地折叠成立方体。在分离蜿蜒形地折叠的立方体时，可以产生具有蜿蜒形图案的矩形的片。

[0039] 根据该方法的一个优选的实施方式，在卷绕或折叠之后将层堆完全硬化。这有利地固定层堆的通过卷绕或折叠产生的形状。

[0040] 如果层堆具有主延伸平面，例如在层堆未卷绕或未折叠的情况下，则层堆可以沿着分离平面分离成片，所述片垂直于层堆的主延伸平面或与主延伸平面的法线具有锐角。

[0041] 如果层堆具有主延伸方向，例如在层堆卷绕或折叠的情况下，则层堆可以沿着分离平面分离成片，所述片垂直于层堆的主延伸方向并且与主延伸方向的法线具有锐角。

[0042] 这里所描述的方法尤其适合于产生转换元件。当前仅仅结合该方法所描述的特征、实施方式和改进方法也可以在转换元件中构成，反之亦然。

[0043] 特别优选地，转换元件具有至少两个不同的转换区域，所述转换区域可以具有不同的转换特性。特别优选地，两个转换区域彼此完全分离。例如，第一转换区域不包括第二转换区域的发光材料颗粒，反之亦然。特别优选地，不同的转换区域在横向上并排设置并且优选设置在共同的平面中。特别优选地，不同的转换区域构成图案。特别优选地，转换元件的各两个转换区域直接彼此邻接，使得其材料彼此直接接触。

[0044] 转换元件例如具有在10微米和200微米之间和优选在30微米和100微米之间的厚度，其中包括边界值。

[0045] 这里所描述的转换元件尤其设置用于在光电子器件中使用。当前仅仅结合转换元件所描述的特征、实施方式和改进方案也可以在光电子器件中构成，反之亦然。

[0046] 根据一个实施方式，光电子器件包括发射辐射的半导体芯片。该发射辐射的半导体芯片从辐射出射面发出第一波长范围的电磁辐射。优选地，发射辐射的半导体芯片发出蓝色光。

[0047] 根据另一实施方式，光电子器件包括转换元件，所述转换元件将第一波长范围的电磁辐射转换成第二波长范围的和第三波长范围的电磁辐射。例如，转换元件以直接接触的方式施加到半导体芯片的辐射出射面上。

[0048] 优选地，转换元件将半导体芯片的蓝色辐射转换成黄色至绿色辐射和红色辐射。光电子器件优选发出混合色的辐射，所述混合色的辐射由第一波长范围的未经转换的辐射、第二波长范围的经转换的辐射和第三波长范围的经转换的辐射组成。优选地，混合色的光由半导体芯片的蓝色辐射、第二波长范围的经转换的黄色至绿色辐射和第三波长范围的经转换的红色辐射组成。特别优选地，混合色的光具有在暖白色范围中的色度坐标。

[0049] 混合色的光的借助于转换元件实现的色度坐标有利地可以通过选择转换层的厚度、通过卷绕和/或折叠层堆和转换元件的由此实现的图案以及通过制成的转换元件的厚度来设定到所期望的值。

[0050] 这里所描述的方法尤其提供如下优点：利用简单技术能够同时产生多个转换元件，所述转换元件具有彼此分离的横向设置的转换区域。转换区域在此情况下为了更好的光混合能够设置成图案。有利地，在本方法中可以放弃使用分离结构，如例如障碍，或用于产生不同转换区域的掩模。利用本方法产生的转换元件可以有利地贡献于提高光电子器件的效率和其亮度。

附图说明

[0051] 本发明的其他有利的实施方式和改进方案从下面结合附图所描述的实施例中得出。

[0052] 根据图1至图5的示意剖视图更为详细地阐述根据一个实施例的用于制造多个转换元件的方法。

[0053] 图6示出根据一个实施例的多个转换元件的示意俯视图。

[0054] 根据图7至图21的示意图更为详细地阐述该方法的不同实施方式。

[0055] 图22示出根据一个实施例的光电子器件的示意剖视图。

[0056] 相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中所示的元件彼此间的大小关系不可视为是合乎比例的。更确切而言，为了更好的可视性和/或更好的理解能够夸大地示出个别元件，尤其是层厚度。

具体实施方式

[0057] 在根据图1至图5的实施例的方法中，在辅助载体2上首先提供第一转换层1(图1)。例如，能够通过喷涂、流延成型或旋涂在辅助载体2上产生第一转换层1。将第一转换层1完全地或部分地硬化。此外也可行的是，使用预制的第一转换层1。第一转换层1适合于将出自蓝色光谱范围的电磁辐射转换成黄绿光。为此，第一转换层1例如包括由石榴石发光材料构成的发光材料颗粒，所述发光材料颗粒引入到聚合物基质材料中。

[0058] 在另一方法步骤中，将第二转换层3施加到第一转换层1上，例如同样通过喷涂、流延成型或旋涂来施加(图2)。将第二转换层3完全地或部分地硬化。此外，在该方法步骤中也可以使用预制的第二转换层3。该第二转换层可以层压到第一转换层1上。第二转换层3适合于将蓝色光转换成红色光。为此，第二转换层3例如包括由氮化物发光材料构成的发光材料颗粒，所述发光材料颗粒引入到聚合物基质材料中。

[0059] 如在图3中示意性示出的那样，其他第一转换层1和第二转换层3可以交替地施加到第二转换层3上。这样，形成层堆4，所述层堆具有直接接触地彼此交替地施加的第一转换层1和第二转换层3。在施加所有转换层1、3之后，层堆4也可以完全地或部分地硬化。

[0060] 在第一分离步骤中，将层堆4于是分割成各个片5，例如通过锯割(图4)。每个片5在此情况下具有第一转换层1的和第二转换层3的材料的交替设置的薄层。

[0061] 在第二分离步骤中，将每个片5沿着相互垂直的分离线6分割成多个转换元件7(图5)。

[0062] 根据图6的实施例的转换元件7例如可以利用如根据图1至图5所描述的方法来产生。

[0063] 根据图6的实施例，每个转换元件7具有第一转换区域8和第二转换区域9。第一转换区域8在此情况下由第一转换层1的材料形成。第二转换区域9在此情况下由第二转换层3的材料形成。第一转换区域8和第二转换区域9分别在横向上并排地直接接触地设置。

[0064] 图7至8示出在如根据图5已经描述的用于分离片5的第二分离步骤中分离线6的替换的实施方案。分离线6在此情况下彼此垂直，其中分离线6根据图5和7平行于转换层1、3的主延伸平面以及垂直于转换层1、3的主延伸平面伸展。与根据图5的分离线6不同，分离线6在根据图7的实施例中彼此间具有更大的间距。与根据图7的分离线6不同，分离线6在根据图8的实施例中转动90°。

[0065] 在根据图9至15的实施例的方法中，首先执行如下方法步骤，如其已经根据图1和2所描述的那样(图9和10)。

[0066] 在示意地在图11中所示的接下来的步骤中，将层堆4卷绕成柱体，所述层堆在此由第一转换层1和第二转换层3形成。在卷绕之后，特别优选地硬化层堆4，以便固定柱体的形状(图12和13)。

[0067] 在接下来的步骤中，借助于切割将柱体分割成薄片5，所述薄片示意地在图14中示出。

[0068] 图15和16示意地示出彼此垂直的分离线6，沿着所述分离线可以通过冲压将卷绕的层堆4的片5分割成多个转换元件7。在此情况下，通过选择分离线6彼此间的间距可以在转换元件7之内产生不同的图案。

[0069] 根据图17的实施例，通过折叠将由第一转换层1和第二转换层3构成的层堆4形成蜿蜒形的立方体，该立方体通过切割分割成片5。

[0070] 如在图18和19中所示的那样，片5可以沿着相互垂直的分离线6分割成多个转换元件7。在此情况下，根据图19的实施例的分离线6相对于根据图18的实施例的分离线6转动90°。

[0071] 图20示意地示出立方体，如其能够通过由第一转换层1和第二转换层3构成的层堆4的之字形折叠(也参见图2)来产生。

[0072] 根据图21的实施例的卷绕成柱体的层堆4与根据图12的卷绕成柱体的层堆4不同地具有第三转换层10。第三转换层10施加到第二转换层3上并且适合于将第一波长范围的电磁辐射转换成第四波长范围的电磁辐射。

[0073] 根据图22的实施例的光电子器件具有发射辐射的半导体芯片11，所述半导体芯片从辐射出射面发出蓝色光。转换元件7施加到辐射出射面上，如其例如已经根据图6所描述的那样。

[0074] 转换元件7具有第一转换区域8，所述第一转换区域将半导体芯片11的蓝色辐射转换成绿色辐射。横向上与第一转换区域8并排地设置有第二转换区域9，所述第二转换区域将半导体芯片11的蓝色辐射转换成红色辐射。转换区域8、9在此情况下直接彼此邻接。

[0075] 根据图22的实施例的光电子器件发出混合色的光，所述混合色的光由未经转换的蓝色光、经转换的红色光和经转换的绿色光组成并且具有在暖白色范围中的色度坐标。

[0076] 本申请要求德国专利申请DE 102018105910.8的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

[0077] 本发明并不局限于根据实施例的描述。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含实施例中的特征的任意组合，即使这些特征或组合本身并未明确地在实施例中予以说明也如此。

[0078] 附图标记表

[0079] 1  第一转换层

[0080] 2  辅助载体

[0081] 3  第二转换层

[0082] 4  层堆

[0083] 5  片

[0084] 6  分离线

[0085] 7  转换元件

[0086] 8  第一转换区域

[0087] 9  第二转换区域

[0088] 10 第三转换层

[0089] 11 半导体芯片