DE102012109754A1 - Optoelectronic semiconductor component has encapsulation which is provided around the semiconductor chip and is made of clear encapsulation material having gradient in refractive index - Google Patents

Optoelectronic semiconductor component has encapsulation which is provided around the semiconductor chip and is made of clear encapsulation material having gradient in refractive index Download PDF

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Abstract

The semiconductor component (10) has a radiation-emitting semiconductor chip (2) and an encapsulation (1) which is provided around the semiconductor chip. The encapsulation is made of clear encapsulation material which has a gradient (G) in the refractive index (n1). An independent claim is included for method for manufacturing optoelectronic semiconductor component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronisches Bauelements mit einer Verkapselung.The present invention relates to an optoelectronic component. Furthermore, the present invention relates to a method for producing an optoelectronic component with an encapsulation.

Halbleiterbauelemente weisen herkömmlich eine Verkapselung auf, die beispielsweise den Halbleiterchip und gegebenenfalls ein Konverterblättchen des Bauelements schützt und/oder die Abstrahlcharakteristik des Bauelements beeinflusst. Dabei treten an den Grenzflächen vom Halbleiterchip beziehungsweise dem Konverterblättchen zur Verkapselung und von der Verkapselung zu Luft Fresnel-Reflexionen auf.Semiconductor components conventionally have an encapsulation which, for example, protects the semiconductor chip and possibly a converter blade of the component and / or influences the emission characteristic of the component. In this case, Fresnel reflections occur at the interfaces from the semiconductor chip or the converter blade to the encapsulation and from the encapsulation to air.

Es ist wünschenswert, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das effizient ist. Weiterhin ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Herstellen eines effizienten optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben. It is desirable to provide an optoelectronic semiconductor device that is efficient. Furthermore, it is desirable to specify a method for producing an efficient optoelectronic semiconductor component.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Das Halbleiterbauelement weist eine Verkapselung um den Halbleiterchip auf. Die Verkapselung umfasst ein klares Vergussmaterial und weist einen Gradienten im Brechungsindex auf. Die Verkapselung umfasst beispielsweise eine Schicht, die aus dem klaren Vergussmaterial gebildet ist und den Gradienten im Brechungsindex aufweis. Die Verkapselung ist insbesondere aus dem klaren Vergussmaterial gebildet und weist den Gradienten im Brechungsindex auf.According to one embodiment of the invention, an optoelectronic semiconductor component comprises a radiation-emitting semiconductor chip. The semiconductor component has an encapsulation around the semiconductor chip. The encapsulation comprises a clear potting material and has a gradient in the refractive index. The encapsulation comprises, for example, a layer which is formed from the clear potting material and has the gradient in the refractive index. The encapsulation is formed, in particular, from the clear potting material and has the gradient in the refractive index.

Unter einem Gradienten im Vergussmaterial ist insbesondere zu verstehen, dass das Vergussmaterial der Verkapselung zumindest eine Brechungsindexsteigerung bzw. zumindest einen Brechungsindexabfall aufweist. Der Brechungsindex des Vergussmaterials ist demnach nicht homogen über die gesamte Verkapselung ausgebildet, sondern weist innerhalb der Verkapselung zumindest bereichsweise einen Unterschied auf. Dieser Unterschied bzw. diese Unterschiede im Brechungsindex können beispielsweise dadurch ausgebildet sein, dass das Vergussmaterial bereichsweise eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist, beispielsweise aufgrund eines unterschiedlichen Gehalts eines Elements des Vergussmaterials oder aufgrund eines zusätzlich in das Vergussmaterial eingebrachten weiteren Elements. Weiterhin kann dieser Unterschied bzw. können diese Unterschiede im Brechungsindex dadurch ausgebildet sein, dass eine Mehrzahl von dünnen Schichten mit jeweils leicht zueinander unterschiedlichem Brechungsindex übereinandergeschichtet sind. Im Klarverguss ist also ein Brechungsindexverlauf eingestellt, der von einem hohen Brechungsindex in der Nähe des Konverterplättchens zu einem niedrigen Brechungsindex an der Außenfläche des Klarvergusses abnimmt.In particular, a gradient in the potting material is to be understood as meaning that the potting material of the encapsulation has at least one increase in refractive index or at least one refractive index decrease. The refractive index of the potting material is therefore not formed homogeneously over the entire encapsulation, but has at least partially within the encapsulation on a difference. This difference or these differences in the refractive index can be formed, for example, in that the potting material has a different composition in regions, for example, due to a different content of an element of the potting or due to an additionally introduced into the potting material further element. Furthermore, this difference or these differences in the refractive index can be formed by stacking a plurality of thin layers, each with a slightly different refractive index. In clear potting, therefore, a refractive index profile is set which decreases from a high refractive index in the vicinity of the converter chip to a low refractive index on the outer surface of the clear potting.

Das klare Vergussmaterial umfasst insbesondere ein Silikon. Das Silikon ist ein UV-stabiles, nicht vergilbendes Silikon, das temperatur- und feuchtebeständig ist und insbesondere über einen Mold-Prozess auf den Halbleiterchip aufgebracht werden kann. The clear potting material comprises in particular a silicone. The silicone is a UV-stable, non-yellowing silicone that is resistant to temperature and moisture and can be applied to the semiconductor chip in particular via a molding process.

Gemäß weiteren Ausführungsformen weist durch den Gradienten im Brechungsindex das Vergussmaterial zumindest einen ersten Bereich mit einem ersten Brechungsindex und einen zweiten Bereich mit einem zweiten Brechungsindex auf. Dabei unterscheiden sich der erste Brechungsindex und der zweite Brechungsindex. Die Verkapselung weist demnach keinen konstanten Brechungsindex des Vergussmaterials auf. Bereichsweise sind Unterschiede im Brechungsindex ausgebildet. Die Unterschiede im Brechungsindex sind gezielt ausgebildet, sodass sich die Fresnel-Reflexion an den Grenzflächen der Verkapselung reduzieren. Insbesondere ist der Gradient an der dem Halbleiterchip abgewandten Grenzfläche der Verkapselung an den Brechungsindex des umgebenden Mediums angepasst, z. B. an den Brechungsindex von Luft, n = 1. Der Brechungsindex ist in dem Bereich der Verkapselung, die dem Halbleiterchip zugewandt ist, an den Brechungsindex des Halbleiterchipmaterials angepasst, beispielsweise an den Brechungsindex von GaN, n ≈ 2,4.According to further embodiments, the gradient in the refractive index, the potting material at least a first region having a first refractive index and a second region having a second refractive index. In this case, the first refractive index and the second refractive index differ. The encapsulation therefore does not have a constant refractive index of the potting material. In regions, differences in the refractive index are formed. The differences in the refractive index are specifically designed so that reduce the Fresnel reflection at the interfaces of the encapsulation. In particular, the gradient at the semiconductor chip facing away from the interface of the encapsulation is adapted to the refractive index of the surrounding medium, for. The refractive index is in the region of the encapsulation, which faces the semiconductor chip, adapted to the refractive index of the semiconductor chip material, for example, to the refractive index of GaN, n ≈ 2.4.

Gemäß Ausführungsformen ist zwischen dem Halbleiterchip und der Verkapselung ein Konverterelement angeordnet, das geeignet ist, eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Der Gradient der Verkapselung ist gemäß Ausführungsformen in dem Bereich der Verkapselung, der an das Konverterelement angrenzt bzw. diesem zugewandt ist, an den Brechungsindex des Konverterelements angepasst.According to embodiments, a converter element is arranged between the semiconductor chip and the encapsulation, which is suitable for at least partially converting a radiation emitted by the semiconductor chip into radiation of a different wavelength. According to embodiments, the gradient of the encapsulation is adapted to the refractive index of the converter element in the region of the encapsulation which adjoins or faces the converter element.

Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der zweite Bereich in einem Zentrum der Verkapselung ausgebildet, wobei der zweite Brechungsindex größer ist als der erste Brechungsindex. Das bedeutet insbesondere, dass mittig oder zentral der Verkapselung diese einen höheren Brechungsindex aufweist als beispielsweise Randbereiche der Verkapselung. According to further embodiments, the second region is formed in a center of the encapsulation, wherein the second refractive index is greater than the first refractive index. This means in particular that centrally or centrally of the encapsulation this has a higher refractive index than, for example, edge regions of the encapsulation.

Durch den höheren Brechungsindex in der Mitte bzw. im Zentrum der Verkapselung wird die Fresnel-Reflexion an dem Übergang zwischen Halbleiterchip bzw. Konverterelement und Vergussmaterial reduziert, da der Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Halbleiterchips bzw. des Konverterelements und der Verkapselung reduziert ist. Zudem wird die Fresnel-Reflexion am Übergang von der Verkapselung zu Luft reduziert, da der Unterschied im Grenzbereich der Verkapselung zwischen dem Brechungsindex der Verkapselung und dem Brechungsindex von Luft reduziert ist. Due to the higher refractive index in the middle or in the center of the encapsulation, the Fresnel reflection at the transition between semiconductor chip or converter element and potting material is reduced because the difference between the refractive index of the semiconductor chip or the converter element and the encapsulation is reduced. In addition, the Fresnel reflection at the transition from the Encapsulation to air is reduced because the difference in the encapsulation interface between the refractive index of the encapsulant and the refractive index of air is reduced.

Gemäß weiterer Ausführungsformen nimmt der zweite Brechungsindex vom Zentrum aus radialsymmetrisch ab, bis der erste Brechungsindex erreicht ist. Gemäß weiterer Ausführungsformen nimmt der zweite Brechungsindex vom Zentrum aus konzentrisch ab, bis der erste Brechungsindex erreicht ist. Insbesondere weist der Brechungsindex-Gradient einen Verlauf auf, der zur Geometrie des Halbleiterchips passt. According to further embodiments, the second refractive index decreases radially symmetrically from the center until the first refractive index is reached. According to further embodiments, the second refractive index decreases concentrically from the center until the first refractive index is reached. In particular, the refractive index gradient has a profile that matches the geometry of the semiconductor chip.

Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der zweite Bereich durch ein Einbringen von zumindest einem hochbrechenden Material in das Vergussmaterial erzeugt. Im Zentrum bzw. in der Mitte der Verkapselung ist somit ein hochbrechendes Material eingebracht, dessen Gehalt zu den Rändern der Verkapselung hin abnimmt, sodass der Brechungsindex-Gradient gebildet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem hochbrechenden Material um Nanopartikel, die insbesondere TiO2, Rutil und/oder ein anderes Material umfassen, das den Brechungsindex des Vergussmaterials erhöht. According to further embodiments, the second region is produced by introducing at least one high-index material into the potting material. In the center or in the middle of the encapsulation, therefore, a high refractive index material is introduced, the content of which decreases towards the edges of the encapsulation, so that the refractive index gradient is formed. By way of example, the high-index material is nanoparticles, which in particular comprise TiO 2, rutile and / or another material which increases the refractive index of the potting material.

Gemäß weiterer Ausführungsformen ist der zweite Bereich durch eine vorgegebene Anordnung verschiedenartiger Monomere erzeugt. According to further embodiments, the second region is generated by a predetermined arrangement of different types of monomers.

Das optoelektronische Bauelement ermöglicht die Umwandlung von elektrisch erzeugten Daten oder Energie in Lichtemission oder umgekehrt. Das Halbleiterbauelement weist zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip auf, vorzugsweise einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist bevorzugt eine LED (Licht emittierende Diode). Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterschichtenstapel auf, in dem eine aktive Schicht enthalten ist. Die aktive Schicht ist insbesondere geeignet zur Erzeugung einer Strahlung einer ersten Wellenlänge. Hierzu enthält die aktive Schicht vorzugsweise einen PN-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnungen Quantentopfstruktur entfalten hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. The optoelectronic component allows the conversion of electrically generated data or energy into light emission or vice versa. The semiconductor component has at least one optoelectronic semiconductor chip, preferably a radiation-emitting semiconductor chip. The semiconductor chip is preferably an LED (light emitting diode). The semiconductor chip has a semiconductor layer stack in which an active layer is contained. The active layer is particularly suitable for generating a radiation of a first wavelength. For this purpose, the active layer preferably contains a PN junction, a double heterostructure, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure for generating radiation. The terms quantum well structure have no significance here with regard to the dimensionality of the quantization. It includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.

Der Halbleiterschichtenstapel des Halbleiterchips enthält vorzugsweise ein III-V-Halbleitermaterial. III-V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten, über den sichtbaren bis in den infraroten Spektralbereich besonders geeignet. The semiconductor layer stack of the semiconductor chip preferably contains a III-V semiconductor material. III-V semiconductor materials are particularly suitable for generating radiation in the ultraviolet, over the visible to the infrared spectral range.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronisches Halbleiterbauelements mit einer Verkapselung folgende Verfahrensschritte:

  • A) Bereitstellen eines klaren Vergussmaterials mit einem ersten Brechungsindex und
  • B1) Einbringen zumindest eines hochbrechenden Materials in ein Zentrum des klaren Vergussmaterials und/oder
  • B2) Veränderung des klaren Vergussmaterials, sodass das geänderte klare Vergussmaterial im Zentrum einen höheren Brechungsindex aufweist als außerhalb des Zentrums.
According to one embodiment of the invention, a method for producing an optoelectronic semiconductor component with an encapsulation comprises the following method steps:
  • A) providing a clear potting material having a first refractive index and
  • B1) introducing at least one high-index material into a center of the clear potting material and / or
  • B2) Change in the clear potting material, so that the modified clear potting material in the center has a higher refractive index than outside the center.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer Verkapselung die folgenden Verfahrensschritte:

  • A) Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips und
  • B) Bereitstellen eines klaren Vergussmaterials mit einem ersten Brechungsindex und
  • C) Bereitstellen eines klaren Vergussmaterials mit einem zweiten Brechungsindex und
  • D) Anordnen des klaren Vergussmaterials mit dem ersten Brechungsindex und des klaren Vergussmaterials mit dem zweiten Brechungsindex auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip, sodass das klare Vergussmaterial mit dem zweiten Brechungsindex zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem klaren Vergussmaterial mit dem ersten Brechungsindex angeordnet ist.
According to a further embodiment of the invention, a method for producing an optoelectronic semiconductor component with an encapsulation comprises the following method steps:
  • A) providing a radiation-emitting semiconductor chip and
  • B) providing a clear potting material having a first refractive index and
  • C) providing a clear potting material having a second refractive index and
  • D) arranging the clear potting material having the first refractive index and the clear potting material having the second refractive index on the radiation-emitting semiconductor chip such that the clear potting material having the second refractive index is disposed between the radiation-emitting semiconductor chip and the clear potting material having the first refractive index.

Mittels derartigen Herstellungsverfahren kann eine Verkapselung realisiert werden, die bereichsweise, insbesondere zentral, einen höheren Brechungsindex aufweist als benachbarte Bereiche. Dadurch kann die Fresnel-Reflexion reduziert werden. Dies basiert insbesondere darauf, dass die Brechungsindizes der Verkapselung an die jeweils angrenzenden Medien angepasst sind. Gemäß Ausführungsformen wird das hochbrechende Material derart in das Zentrum des klaren Vergussmaterials eingebracht und/oder das klare Vergussmaterial derart verändert, dass vom Zentrum ausgehend ein radialsymmetrischer kontinuierlicher Abfall eines zweiten Brechungsindex zu dem ersten Brechungsindex erzeugt wird. By means of such manufacturing methods, an encapsulation can be realized which, in regions, in particular centrally, has a higher refractive index than adjacent regions. This can reduce the Fresnel reflection. This is based in particular on the fact that the refractive indices of the encapsulation are adapted to the respectively adjacent media. According to embodiments, the high refractive index material is introduced into the center of the clear potting material and / or the clear potting material is modified such that a radially symmetric continuous drop of a second refractive index to the first refractive index is generated starting from the center.

Die in Verbindung mit dem Bauelement angeführten Merkmale und Vorteile finden auch im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren Verwendung und umgekehrt.The features and advantages cited in connection with the device are also used in connection with the manufacturing process and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit der Figur beschriebenen Beispielen.Further advantages, features and developments emerge from the examples described below in connection with the figure.

Die dargestellten Bestandteile und deren Größenverhältnisse zueinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. The illustrated components and their proportions to each other are not to be regarded as true to scale.

Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. The single FIGURE shows a schematic cross section of an optoelectronic component according to an embodiment.

In 1 ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 dargestellt. Das Halbleiterbauelement 10 umfasst einen Halbleiterchip 2, der einen Halbleiterschichtenstapel mit einer darin angeordneten aktiven Schicht umfasst. Der Halbleiterchip 2 ist vorzugsweise eine LED. Die aktive Schicht des Halbleiterchips 2 ist geeignet, Strahlung einer ersten Wellenlänge zu emittieren. Der größte Teil der von dem Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung wird dabei über eine Strahlungsaustrittsseite aus dem Halbleiterchip 2 ausgekoppelt.In 1 is an optoelectronic semiconductor device 10 shown. The semiconductor device 10 includes a semiconductor chip 2 comprising a semiconductor layer stack having an active layer disposed therein. The semiconductor chip 2 is preferably an LED. The active layer of the semiconductor chip 2 is suitable for emitting radiation of a first wavelength. Most of the of the semiconductor chip 2 emitted radiation is thereby via a radiation exit side of the semiconductor chip 2 decoupled.

Auf dieser Strahlungsaustrittsseite, die insbesondere von einer Hauptfläche des Halbleiterchips gebildet ist, ist ein Konverterelement 3 angeordnet. Das Konverterelement 3 ist insbesondere ein Konverterblättchen, das direkt auf dem Halbleiterchip 2, insbesondere auf der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips 2, aufgebracht ist. On this radiation exit side, which is formed in particular by a main surface of the semiconductor chip, is a converter element 3 arranged. The converter element 3 is in particular a converter blade, which is directly on the semiconductor chip 2 , in particular on the radiation exit side of the semiconductor chip 2 , is applied.

Das Konverterblättchen 3 umfasst ein Konvertermaterial, das einen Brechungsindex n3 aufweist. The converter leaflet 3 comprises a converter material having a refractive index n3.

Das Konverterblättchen 3 ist derart ausgebildet, dass es zumindest teilweise die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge umwandelt. Hierzu weist das Konverterblättchen 3 Konverterpartikel auf, die vorzugsweise homogen in einem Grundmaterial eingebettet sind. The converter leaflet 3 is formed such that it at least partially from that of the semiconductor chip 2 emits emitted radiation into radiation of a different wavelength. For this purpose, the converter leaflet 3 Converter particles, which are preferably embedded homogeneously in a base material.

Das Bauelement weist weiterhin eine Verkapselung 1 aus einem klaren Vergussmaterial auf. Die Verkapselung 1 umgibt den Halbleiterchip 2 und das Konverterelement 3. Die Verkapselung 1 ist insbesondere in Kontakt mit einem Substrat 4, das auch den Halbleiterchip 2 trägt. The component also has an encapsulation 1 from a clear potting material. The encapsulation 1 surrounds the semiconductor chip 2 and the converter element 3 , The encapsulation 1 is in particular in contact with a substrate 4 that also includes the semiconductor chip 2 wearing.

Im Betrieb gelangt die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung durch das Konverterelement 3 und nachfolgend durch die Grenzfläche 5 zwischen Konverterelement 3 und der Verkapselung 1 sowie durch eine zweite Grenzfläche 6 zwischen der Verkapselung 1 und der Umgebung. Die Verkapselung 1 hat einen zu dem Konverterelement 3 bzw. dem Halbleiterchip 2 unterschiedlichen Brechungsindex. Die Verkapselung 1 hat beispielsweise einen zur Umgebung bzw. dem umgebenden Medium, beispielsweise Luft, unterschiedlichen Brechungsindex. Daher können an den Grenzflächen 5 und 6 Fresnel-Reflexionen auftreten, die die Effizienz des Bauelements 10 beeinträchtigen. In operation, it passes from the semiconductor chip 2 emitted radiation through the converter element 3 and subsequently through the interface 5 between converter element 3 and the encapsulation 1 as well as through a second interface 6 between the encapsulation 1 and the environment. The encapsulation 1 has one to the converter element 3 or the semiconductor chip 2 different refractive index. The encapsulation 1 For example, has a different refractive index to the environment or the surrounding medium, such as air. Therefore, at the interfaces 5 and 6 Fresnel reflections occur that increase the efficiency of the device 10 affect.

Um diese Fresnel-Reflexionen zu reduzieren, weist die Verkapselung 1 einen Brechungsindex-Gradienten G des klaren Vergussmaterials auf. To reduce these Fresnel reflections, the encapsulation points 1 a refractive index gradient G of the clear potting material.

Die Verkapselung 1 weist in einem ersten Bereich B1 einen ersten Brechungsindex n1 auf, der kleiner ist als ein Brechungsindex n2 eines zweiten Bereichs B2 der Verkapselung 1. Die Verkapselung 1 weist also in einem Zentrum Z den Brechungsindex n2 auf, der höher ist als der Brechungsindex n1 der restlichen Verkapselung 1. The encapsulation 1 has a first refractive index n1 in a first region B1, which is smaller than a refractive index n2 of a second region B2 of the encapsulation 1 , The encapsulation 1 Thus, in a center Z, the refractive index n2 is higher than the refractive index n1 of the rest of the encapsulation 1 ,

Der Brechungsindex n2 ist abhängig von dem Brechungsindex n3 gewählt. Der Brechungsindex n1 ist in Abhängigkeit des umgebenden Mediums vorgegeben, also insbesondere in Abhängigkeit des Brechungsindex von Luft, n ≈ 1. The refractive index n2 is selected as a function of the refractive index n3. The refractive index n1 is predetermined as a function of the surrounding medium, that is to say in particular as a function of the refractive index of air, n≈1.

Dadurch, dass der Brechungsindex n2 möglichst nahe an dem Brechungsindex n3 liegt, treten an der Grenzfläche 5 möglichst wenig Fresnel-Reflexionen auf. Gemäß Ausführungsformen ist der Brechungsindex n2 gleich dem Brechungsindex n3. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Brechungsindex n2 gleich dem Brechungsindex des Materials des Halbleiterchips 2 The fact that the refractive index n2 is as close as possible to the refractive index n3 occurs at the interface 5 as few Fresnel reflections. According to embodiments, the refractive index n2 is equal to the refractive index n3. According to further embodiments, the refractive index n2 is equal to the refractive index of the material of the semiconductor chip 2

Dadurch, dass der Brechungsindex n1 möglichst nahe am Brechungsindex von Luft liegt, treten an der Grenzfläche 6 möglichst wenig Fresnel-Reflexionen auf. Gemäß Ausführungsformen ist der Brechungsindex n1 gleich dem Brechungsindex des umgebenden Mediums. Insbesondere ist der Brechungsindex n1 gleich dem Brechungsindex von Luft. Gemäß Ausführungsbeispielen weist der Brechungsindex n1 einen Wert von ungefähr 1 auf.The fact that the refractive index n1 is as close as possible to the refractive index of air, occur at the interface 6 as few Fresnel reflections. According to embodiments, the refractive index n1 is equal to the refractive index of the surrounding medium. In particular, the refractive index n1 is equal to the refractive index of air. According to embodiments, the refractive index n1 has a value of approximately 1.

Gemäß Ausführungsformen ist der Übergang des Brechungsindex n2 zu dem Brechungsindex n1 kontinuierlich ausgebildet. Der Brechungsindex n2 nimmt demnach von der Grenzfläche 5 aus kontinuierlich radialsymmetrisch bzw. konzentrisch ab, bis der Brechungsindex n1 an der Grenzfläche 6 erreicht ist. Der Brechungsindex der Verkapselung 1 nimmt also von der Mitte zu den Rändern kontinuierlich und radialsymmetrisch ab, sodass im Vergussmaterial der Brechungsindex-Gradient G ausgebildet ist.According to embodiments, the transition of the refractive index n2 to the refractive index n1 is continuous. The refractive index n2 thus decreases from the interface 5 from continuously radially symmetric or concentric from, until the refractive index n1 at the interface 6 is reached. The refractive index of the encapsulation 1 Thus, from the center to the edges decreases continuously and radially symmetrically, so that the refractive index gradient G is formed in the potting material.

Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Übergang von dem Brechungsindex n2 zu dem Brechungsindex n1 diskret ausgebildet. Der Übergang zwischen dem Brechungsindex n2 zu dem Brechungsindex n1 erfolgt schrittweise, insbesondere in möglichst kleinen Schritten. According to further embodiments, the transition from the refractive index n2 to the refractive index n1 is discrete. The transition between the refractive index n2 to the refractive index n1 is gradual, in particular in the smallest possible steps.

Beispielsweise ist die Verkapselung 1 aus einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet, die jeweils einen zu den angrenzenden Schichten verschiedenen Brechungsindex aufweisen. Die Schicht, die direkt an den Halbleiterchip 2 und das Konverterelement 3 angrenzt, weist den größten Brechungsindex n2 auf. Die nachfolgenden Schichten weisen jeweils einen kleineren Brechungsindex als die im Vergleich näher zu dem Halbleiterchip 2 angeordnete Schicht auf, bis zu der letzten Schicht, die direkt an die Grenzfläche 6 angrenzt und den Brechungsindex n1 aufweist. Der Brechungsindex der Verkapselung 1 nimmt also von der Mitte zu den Rändern der Verkapselung 1 diskret und radialsymmetrisch ab, sodass in der Verkapselung der Brechungsindex-Gradient G ausgebildet ist.For example, the encapsulation 1 formed of a plurality of layers, each having a different refractive index to the adjacent layers. The layer directly to the semiconductor chip 2 and the converter element 3 adjacent, has the largest refractive index n2. The subsequent layers each have a smaller refractive index than that in comparison closer to the semiconductor chip 2 arranged layer up to the last layer directly to the interface 6 adjacent and has the refractive index n1. The refractive index of the encapsulation 1 So take from the middle to the edges of the encapsulation 1 discreetly and radially symmetrically, so that the refractive index gradient G is formed in the encapsulation.

Der Brechungsindexgradient G ist gemäß Ausführungsformen durch ein Einbringen von hochbrechendem Material in das Vergussmaterial ausgebildet. Beispielsweise werden Nanopartikel, die TiO2 und/oder Rutil und/oder andere Materialien umfassen, in ein Silikon eingebracht. Im Zentrum wird zum Ausbilden des Gradienten G mehr hochbrechendes Material angeordnet als am Randbereich der Verkapselung 1.The refractive index gradient G is formed according to embodiments by introducing high refractive index material into the potting material. For example, nanoparticles comprising TiO 2 and / or rutile and / or other materials are incorporated into a silicone. In the center, more high refractive index material is arranged to form the gradient G than at the edge area of the encapsulation 1 ,

Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Brechungsindex-Gradient durch eine Sedimentierung der Monomere eines Silikons in flüssigem Zustand eingebracht. Die vergleichsweise schweren Monomere folgen dem Schwerefeld und lagern sich eher im Zentrum ab, während die leichteren Monomere aufschwimmen. Bei einer Polymerisation des Silikons zu der Verkapselung 1 ergibt sich im Bereich B2 ein Material mit anderer Zusammensetzung als im Bereich B1. According to further embodiments, the refractive index gradient is introduced by sedimentation of the monomers of a silicone in the liquid state. The relatively heavy monomers follow the gravitational field and tend to settle in the center while the lighter monomers float. In a polymerization of the silicone to the encapsulation 1 results in the area B2, a material with a different composition than in the area B1.

Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Brechungsindex-Gradient G durch ein Ausgasen oder eine sich verändernde Vernetzung des Materials der Verkapselung 1 erreicht.According to further embodiments, the refractive index gradient G is formed by outgassing or changing crosslinking of the material of the encapsulation 1 reached.

Unter der Mitte bzw. unter dem Zentrum der Verkapselung 1 ist insbesondere der Bereich der Verkapselung zu verstehen, der in Aufsicht auf die Verkapselung die Mitte bzw. das Zentrum bildet. Die Verkapselung 1 ist dabei in Aufsicht auf die Verkapselung vorzugsweise rotationssymmetrisch um die Mitte bzw. das Zentrum Z ausgebildet. Below the center or under the center of the encapsulation 1 is to be understood in particular the area of the encapsulation, which forms the center or the center in supervision of the encapsulation. The encapsulation 1 is formed in plan view of the encapsulation preferably rotationally symmetrical about the center or the center Z.

Die Verkapselung 1 umschließt das Konverterelement 3 und den Halbleiterchip 2 vorzugsweise vollständig. Das Vergussmaterial verändert insbesondere nicht das Spektrum der von dem Halbleiterchip 2 und dem Konverterelement 3 austretenden Strahlung. Die Verkapselung 1 kann als optische Linse ausgebildet sein. The encapsulation 1 encloses the converter element 3 and the semiconductor chip 2 preferably completely. In particular, the potting material does not change the spectrum of the semiconductor chip 2 and the converter element 3 emerging radiation. The encapsulation 1 can be designed as an optical lens.

Durch die Verringerung der Fresnel-Reflexionen an den Grenzflächen an den Oberflächen 5 und 6 ist die Effizienz des Bauelements 10 in Bezug auf Verkapselungen ohne Brechungsindex-Gradient erhöht.By reducing the Fresnel reflections at the interfaces on the surfaces 5 and 6 is the efficiency of the device 10 increased in terms of encapsulations without refractive index gradient.

Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die Verkapselung 1 mehrere Schichten. Eine erste Schicht der Verkapselung 1 ist aus Klarverguss gebildet und weist den Gradienten G im Brechungsindex auf. Beispielsweise ist die erste Schicht direkt in Kontakt mit dem Halbleiterchip 2. Der Brechungsindex der ersten Schicht verläuft zwischen einem Brechungsindex, der möglichst nahe am Brechungsindex des Materials des Halbleiterchips liegt, und einem Brechungsindex einer zweiten Schicht beziehungsweise eines Materials der zweiten Schicht. Die zweite Schicht ist auf der ersten Schicht angeordnet. Die zweite Schicht umfasst gemäß Ausführungsformen ein Vergussmaterial mit einem Leuchtstoff, beispielsweise YAG. Auf der zweiten Schicht ist gemäß Ausführungsformen eine dritte Schicht angeordnet. Die dritte Schicht der Verkapselung 1 ist aus Klarverguss gebildet und weist einen Gradienten G im Brechungsindex auf. Der Brechungsindex der dritten Schicht verläuft zwischen dem Brechungsindex der zweiten Schicht beziehungsweise des Materials der zweiten Schicht und einer vierten Schicht. Gemäß weiteren Ausführungsformen verläuft der Brechungsindex der dritten Schicht zwischen dem Brechungsindex der zweiten Schicht beziehungsweise des Materials der zweiten Schicht und Luft, wenn keine weitere Schicht auf der dritten Schicht angeordnet ist. Gemäß Ausführungsformen umfasst die vierte Schicht ein weiteres Vergussmaterial mit einem weiteren Leuchtstoff. Auf der vierten Schicht ist gemäß Ausführungsformen eine fünfte Schicht angeordnet. Die fünfte Schicht der Verkapselung 1 ist aus Klarverguss gebildet und weist einen Gradienten G im Brechungsindex auf. Der Brechungsindex der fünfte Schicht verläuft zwischen dem Brechungsindex der vierten Schicht beziehungsweise des Materials der vierten Schicht und Luft, wenn keine weitere Schicht auf der fünften Schicht angeordnet ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst die Verkapselung mehr als fünf Schichten oder weniger als fünf Schichten. Mindestens eine der Schichten ist aus Klarverguss gebildet und weist einen Brechungsindexverlauf zwischen den Brechungsindizes der beiden angrenzenden Schichten auf.According to further embodiments, the encapsulation comprises 1 multiple layers. A first layer of the encapsulation 1 is formed of clear potting and has the gradient G in the refractive index. For example, the first layer is directly in contact with the semiconductor chip 2 , The refractive index of the first layer extends between a refractive index that is as close as possible to the refractive index of the material of the semiconductor chip, and a refractive index of a second layer or a material of the second layer. The second layer is disposed on the first layer. According to embodiments, the second layer comprises a potting material with a phosphor, for example YAG. On the second layer according to embodiments, a third layer is arranged. The third layer of encapsulation 1 is formed of clear potting and has a gradient G in the refractive index. The refractive index of the third layer extends between the refractive index of the second layer or the material of the second layer and a fourth layer. According to further embodiments, the refractive index of the third layer is between the refractive index of the second layer or of the material of the second layer and air, if no further layer is arranged on the third layer. According to embodiments, the fourth layer comprises a further potting material with a further phosphor. On the fourth layer, according to embodiments, a fifth layer is arranged. The fifth layer of the encapsulation 1 is formed of clear potting and has a gradient G in the refractive index. The refractive index of the fifth layer extends between the refractive index of the fourth layer or of the material of the fourth layer and air, if no further layer is arranged on the fifth layer. According to further embodiments, the encapsulation comprises more than five layers or less than five layers. At least one of the layers is formed of clear potting and has a refractive index profile between the refractive indices of the two adjacent layers.

Claims (13)

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) und mit einer Verkapselung (1) um den Halbleiterchip (2), wobei – die Verkapselung (1) ein klares Vergussmaterial umfasst, und – das Vergussmaterial einen Gradienten (G) im Brechungsindex (n1) aufweist.Optoelectronic semiconductor device ( 10 ) with a radiation-emitting semiconductor chip ( 2 ) and with an encapsulation ( 1 ) around the semiconductor chip ( 2 ), whereby - the encapsulation ( 1 ) comprises a clear potting material, and - the potting material has a gradient (G) in the refractive index (n1). Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei – durch den Gradienten (G) im Brechungsindex (n1) das Vergussmaterial zumindest einen ersten Bereich (B1) mit einem ersten Brechungsindex (n1) und einen zweiten Bereich (B2) mit einem zweiten Brechungsindex (n2) aufweist, und – sich der erste Brechungsindex (n1) und der zweite Brechungsindex (n2) unterscheiden.Semiconductor component according to Claim 1, wherein - by the gradient (G) in the refractive index (n1) the potting material has at least a first region (B1) with a first refractive index (n1) and a second region (B2) with a second refractive index (n2), and - the first Refractive index (n1) and the second refractive index (n2) differ. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, wobei ein Übergang des ersten Brechungsindex (n1) zum zweiten Brechungsindex (n2) kontinuierlich ausgebildet ist. Semiconductor component according to claim 2, wherein a transition of the first refractive index (n1) to the second refractive index (n2) is formed continuously. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, wobei ein Übergang des ersten Brechungsindex (n1) zum zweiten Brechungsindex (n2) diskret ausgebildet ist. A semiconductor device according to claim 2, wherein a transition of the first refractive index (n1) to the second refractive index (n2) is discrete. Halbleiterbauelement nach einem Ansprüche 2 bis 4, wobei – der zweite Bereich (B2) in einem Zentrum (Z) des Konverterelements (1) ausgebildet ist, und – der zweite Brechungsindex (n2) größer ist als der erste Brechungsindex (n1).Semiconductor component according to one of claims 2 to 4, wherein - the second region (B2) in a center (Z) of the converter element ( 1 ), and - the second refractive index (n2) is greater than the first refractive index (n1). Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei der zweite Brechungsindex (n2) vom Zentrum (Z) aus radialsymmetrisch abnimmt, bis der erste Brechungsindex (n1) erreicht ist. Semiconductor component according to claim 5, wherein the second refractive index (n2) decreases radially symmetrically from the center (Z) until the first refractive index (n1) is reached. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der zweite Bereich (B2) durch ein Einbringen von zumindest einem hochbrechenden Material in das Konvertermaterial erzeugt ist. Semiconductor component according to one of claims 2 to 6, wherein the second region (B2) is produced by introducing at least one high-index material into the converter material. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der zweite Bereich (B2) durch eine vorgegebene Anordnung verschiedenartiger Monomere erzeugt ist. Semiconductor component according to one of claims 2 to 6, wherein the second region (B2) is produced by a predetermined arrangement of different types of monomers. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend ein Konverterelement, das geeignet ist, eine von dem Halbleiterchip (2) emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln, wobei das Konverterelement zwischen dem Halbleiterchip und der Verkapselung angeordnet ist.Semiconductor device according to one of claims 1 to 8, further comprising a converter element which is suitable, one of the semiconductor chip ( 2 ) to at least partially convert radiation emitted into radiation of a different wavelength, wherein the converter element between the semiconductor chip and the encapsulation is arranged. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei die Verkapselung (1) als Verguss um das Konverterelement ausgebildet ist.Semiconductor component according to claim 9, wherein the encapsulation ( 1 ) is formed as encapsulation around the converter element. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer Verkapselung (1), mit folgenden Verfahrensschritten: A) Bereitstellen eines klaren Vergussmaterials mit einem ersten Brechungsindex (n1), und B1) Einbringen zumindest eines hochbrechenden Materials in ein Zentrum (Z) des klaren Vergussmaterials und /oder B2) Veränderung des klaren Vergussmaterials, so dass das geänderte klaren Vergussmaterial im Zentrum (Z) einen höheren Brechungsindex aufweist als außerhalb des Zentrums (Z).Method for producing an optoelectronic semiconductor component ( 10 ) with an encapsulation ( 1 A) providing a clear potting material having a first refractive index (n1), and B1) introducing at least one high refractive index material into a center (Z) of the clear potting material and / or B2) altering the clear potting material such that the changed clear potting material in the center (Z) has a higher refractive index than outside the center (Z). Verfahren nach Anspruch 11, wobei das hochbrechende Material derart in das Zentrum (Z) des klaren Vergussmaterials eingebracht wird und/oder das klare Vergussmaterial derart verändert wird, dass vom Zentrum (Z) ausgehend ein radialsymmetrischer, kontinuierlicher Abfall eines zweiten Brechungsindex (n2) zu dem ersten Brechungsindex (n1) erzeugt wird. The method of claim 11, wherein the high refractive index material is introduced into the center (Z) of the clear potting material and / or the clear potting material is changed such that from the center (Z) starting a radially symmetric, continuous drop of a second refractive index (n2) the first refractive index (n1) is generated. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer Verkapselung (1), mit folgenden Verfahrensschritten: A) Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), und B) Bereitstellen eines klaren Vergussmaterials mit einem ersten Brechungsindex (n1), und C) Bereitstellen eines klaren Vergussmaterials mit einem zweiten Brechungsindex (n2), und D) Anordnen des klaren Vergussmaterials mit dem ersten Brechungsindex (n1) und des klaren Vergussmaterials mit dem zweiten Brechungsindex (n2) auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), so dass das klare Vergussmaterials mit dem zweiten Brechungsindex (n2) zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) und dem klaren Vergussmaterials mit dem ersten Brechungsindex (n1) angeordnet ist.Method for producing an optoelectronic semiconductor component ( 10 ) with an encapsulation ( 1 ), comprising the following method steps: A) providing a radiation-emitting semiconductor chip ( 2 ), and B) providing a clear potting material having a first refractive index (n1), and C) providing a clear potting material having a second refractive index (n2), and D) arranging the clear potting material having the first refractive index (n1) and the clear potting material with the second refractive index (n2) on the radiation-emitting semiconductor chip ( 2 ), so that the clear potting material with the second refractive index (n2) between the radiation-emitting semiconductor chip ( 2 ) and the clear potting material having the first refractive index (n1).
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