专利名称：包括不可见的发光二极管光源的透明的物体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由透明材料构成的物体。
背景技术：
例如由WO 2006/130887 A2得知这样的物体。该文件从事的目的是，设置一种由透明材料构成的包括标记的物体，该标记只在确定的条件下才影响物体的光学外观形象。为此建议，给物体设置大量微孔，这些微孔充满嵌入基体中的发光的纳米粒子。这样实现只有在用其波长优选在不可见光谱范围之内的电磁射线照射物体时标记才是可见的。电磁射线由设置在物体之外的装置、例如UV-A辐射器提供。该解决方案关于在WO 2006/130887 A2中描述的主要应用领域(标记作为防伪保护)是完全令人满意的。但如已在WO 2006/1038877 A2中记住的，这样的标记也可以具有艺术目的，其中标记例如构成为吸引人的图像的形式。很普遍地，可以值得期待的是，通过适合的光入射来突出由透明材料构成的物体的确定的特性。为了与环境光无关，已知在这样的物体的空腔中设置产生光的装置，但该装置本身干扰物体的光学外观形象。迄今为止的、将这种产生光的装置隐藏地安置在物体上的措施按照物体的不同或者是仅有条件地成功的，或者与可观的结构上的费用关联。近几年来已知所谓的TOLED(它是透明有机发光二极管)。其具有大量的缺点。例如这样的TOLED由于其小的光密度只可面状地使用。其寿命到今天的时刻是较小的。其具有差的着色质量并且其对湿度和氧是比较敏感的。
发明内容
本发明的目的是，提供一种由透明材料构成的物体，在该物体中可与环境照明无关地达到想要的光学外观形象。该目的通过一种具有权利要求1的特征的物体达到。通过使用无机的半导体芯片可以实现产生光的装置，所述装置不可见地设置在物体中或物体上并且具有一个或多个准点状的光源。在全部公开内容中，“光”被理解为其波长在可见光谱范围之内的电磁射线。在本公开内容中，“不可见的”被理解为这样的对象，该对象至少在用扩散的非极化的白光照射时——但也优选在用直接的非极化的白光照射时、在白色的背景下、但优选也在黑色的背景下——以500LUX (勒克斯)(在对象的位置处测得)的照度——优选也在约 IOOOLux时——在测量功能的观察距离(例如在装饰的调节对象时为0. 2m，在吊挂的照明对象时为Im)——对于视力正常的观察者来说与观察方向无关地在没有技术辅助手段(裸眼)的情况下是不可见的。无机的半导体芯片(该半导体芯片总是具有至少一个适合于发射电磁射线、例如光的二极管)本身已可以发射光。但或者也可以规定，半导体芯片构造成用于发射在可见光谱范围之外的电磁射线。在这种情况下，在大多数情况下变成必需的是，所述装置具有波长转换器用于将由半导体芯片发射的射线的至少一部分至少部分地转换成光。波长转换器可以例如由大量在纳米范围内大的发射光的粒子形成，其中，粒子尺寸应该优选小于光的波长的约1/20，以便避免在可见光谱范围之内的光散射。为了增大装置的效率可以规定，所述装置具有至少部分透明的反射镜，通过该反射镜能将由半导体芯片发射的射线的至少一部分反射进物体中。该反射镜可以例如以UV 反射器的形式构成，该UV反射器虽然反射UV-A射线、但可以使光无阻碍地通过。这样的反射器可以例如借助多层系统和/或光子晶体实现。优选规定，在物体中为了至少部分地容纳半导体芯片而构成有微孔。对此有利的是，半导体芯片至少基本上与围绕微孔的表面齐平地终止。微孔可以具有在从几百ym到几十μπι的数量级内的直径。这样的、横截面不同且质量高的微孔可以例如借助激光无接触地且有效地实现。为了简单地保证半导体芯片与透明材料表面的齐平性以及——如果必需——厚度确定的相应的波长转换器，可以在微孔中设置适合的间隔保持件。这可以例如在制造微孔时实现。微孔基本上可以或者在物体中设置在表面下方或者位于物体的表面上。有利地经由不可见地设置在物体中或物体上的供电线和触点实现所述装置的能量供应。为此目的，可以例如将相应的导电层、例如由透明的导电的氧化物(英语 Transparent Contacting Oxide或TC0)构成的层以适合的方式施加到物体的表面上。对于适合的TCO的实例是ITO (铟锡氧化物)。可以将这样的透明的导电的ITO涂层例如溅射或蒸镀到物体的表面上。同样可以使用施加电接触介质、如例如透明的导电的聚合物的其他可能性(例如通过借助丝网印刷或喷墨打印机的印制)。特别优选地规定，所述装置构造成用于发出白光。这可以或者这样实现，即，半导体芯片构造成仅用于发射一种唯一波长的电磁射线，并且提供这样的波长转换器，这些波长转换器将由半导体芯片发射的射线转变成那些对于总体上提供相应质量的白光(亦即例如具有需要的光谱线分配、显色指数和色温的光)所需的光分量。例如也可以规定，在一个唯一的半导体芯片中提供用于产生具有两个不同波长的光(例如蓝光和绿光)的器件并且经由一波长转换器提供缺少的波长(例如红光)。也可想到在一个整体的附件中、亦即在一个唯一的半导体芯片中产生具有三种和更多不同波长的光。特别优选的是，所述装置发出白光，该白光具有很多光谱线并且按照可能性能与太阳光谱相比拟，因为在这种情况下特别在至少部分地磨成平面(facettiert)而构成的物体中在观察和转动物体时可看到许多不同的颜色。作为物体的透明材料可以例如考虑无色的玻璃。自然，物体也可以由彩色的玻璃、 宝石、次等宝石/半宝石、陶瓷、塑料或结晶的透明材料制成。透明材料自然由于不同的原因可以在某些部位处是不透明的封闭的，例如通过镜面化、色效应涂层、粘贴等。特别是如果物体要具有装饰功能，则可以规定，物体构造成至少部分地磨成平面的。所述装置在物体中不可见的设置基本上可以通过两种不同的方法实现，不过这两种方法并不相互排斥，而是完全也可以组合。这样例如可以规定，所述装置构造成小于100 μ m、优选小于50 μ m。这将会在采取的约0. 2m的观察距离时符合约50弧秒的角度大小并因此符合人眼的点清晰度(眼睛能够
4仍然区分开地觉察到的两个像点之间的那个距离)。在这种情况下不一定必需将所述装置本身构造成完全透明的，但必需考虑由装置的各个元件的可见度的加权的和得出合成的可见度。这就是说，相应元件的“灰度值”按照其数额和其需要的面积分配到最小可分辨的点的面积上。附加地或替代地可以规定，至少半导体芯片构造成透明的。在这种情况下，半导体芯片也可以完全大于50μπι或ΙΟΟμπι(例如几百μπι)。为了达到所述装置的提高的不可见度，可以将其嵌入光学的浸没介质中，该浸没介质的折射率匹配于物体的透明材料的折射率。对此不一定必需将所述装置的全部部件构造成透明的，因为的确半导体芯片本身具有最大的尺寸，并且完全可能是，例如电流触点或类似物本就是如此之小，以致它们对于人眼来说是不可见的。但自然完全在本发明的范围内的是，将所述装置的全部部件构造成透明的。为了排出在装置中产生的热量，如果需要，可以提供相应的散热器件。例如可以设置包括碳纳米小管的透明的软膏或也可设置设有微结晶或纳米结晶的金刚石的透明的软膏，借其将在装置的周围材料中的热量引导到透明的物体中。透明的倒装芯片(Flip-Chip)附件是另一种优选的实施形式。倒装芯片组件是对于至今讨论的常规组件(Epi侧组件，以下也称为“上触点附件”)的已知的替代方案。该替代方案一般来说在大功率的应用中是优选的，在该大功率的应用中金属接头将会阻止高效地提取产生的光。本发明的另一技术方案是将倒装芯片附件构造成透明的。在此，在物体的透明材料中优选制出微孔的形式，其中向微孔基底的过渡不突然地以垂直悬崖的形式、而是至少在一侧削平地实现。微孔的尺寸在此优选在半导体芯片的数量级内并且可以在一个或多个侧面上具有扁平的过渡。这具有这样的优点，即，在传统的通常定向的涂层方法中可以涂覆比较均勻的透明的导电层作为电触点。这可以例如是TCO层(例如ΙΤ0)，该TCO层借助蒸镀或溅射施加。透明的导电的墨水构成另一种有利的可能性(参见例如Clevios ,纳米标量的ITO包括紧接着的烧结过程，墨水包括碳纳米管等)。附加的选择例如是印刷的精美的线(例如由银纳米粒子构成)，这些线由于其小的尺寸(低于50μπι)几乎是不可见的。可选地可以在层上施加导电的垫，只要尺寸相当地小(典型地低于50 μπι)，这些垫也可以构造成金属的或不透明的。可以通过大量现有方法施加这样的垫，如例如溅射、电镀或借助平版印刷方法或规定的印刷方法(例如喷墨印刷)。透明的半导体芯片由于稳定性原因优选由透明的基材(例如蓝宝石)和无机的 LED (英语ILED，例如GaN)构成，但也可以只由无机的半导体构成，这显著减小安装深度 (从典型的50至150 μ m到约10 μ m及其以下)。在此可以用传统的方法(例如借助冲头包括抽吸装置)快速且精确地定位芯片。半导体侧的电流分配层同样构造成透明的(例如借助ITO涂层)。芯片侧的P触点和N触点按选择还可以另外由不透明材料(例如金)构成，只要通过小的尺寸仍确保不可见性。可以按不同的方式实现在半导体芯片与设置在物体上的透明的导电层之间的导电的机械稳定的和透明的连接。优选的实施形式特别是金属的微触点(例如微金柱状凸缘)的冷焊、导电的粘贴(例如可印刷的UV硬化的粘合剂包括银纳米粒子)或借助可印刷的ITO的透明的导电的电桥。可能必需的波长转换可以例如借助相应的指数适应的包括纳米等级的磷的基材的不足填充(UnterfUllimg)透明地实现。另一种可能性是借助薄的添加纳米等级的磷的小板或薄膜的波长转换。
借助附图及其所属的附图描述得出本发明的其他优点和细节。图1示出产生光的装置2在透明的物体1的微孔9中的不可见的嵌入，该装置具有一无机的半导体芯片4。透明的物体1作为整体在图2中是可看到的。图3和4示出关于上触点附件包括或没有使用微孔的实施例。图5示出关于倒装芯片组件包括微孔的实施例，图6示出相应的实施例没有使用微孔。
具体实施例方式在第一步骤中可以从一晶片3中去除基材层，该基材层已有助于允许晶体层的尽可能均勻的生长。这一方面可能是必需的，如果基材是不透光的话。但这也可以具有优点， 以便显著减小装置的深度。在完成安装以后，由透明的物体1本身确保机械稳定性——物体1本身便因此形成基材。紧接着将晶片3分成各单个的半导体芯片4(图la)。可看到在半导体芯片4的下侧上的可选的表面结构5，用以提高在半导体芯片4的发射射线的二极管的一个层/多个活性层中产生的射线的输出效率。例如光子晶体构成提高输出效率的另一种可能性。紧接着可以用起波长转换器6作用的磷包围半导体芯片4并且在一侧上给半导体芯片设有相应的反射器作为反射镜7。在这种情况下，无机的半导体芯片4因此优选构造成 UV-A-LED或蓝色LED。该布置结构可以用一透明的传热层、例如硅/碳纳米小管的组合作为散热器8加外壳，其将在运行中产生的热量排出到物体1中。在所示的实施例中，半导体芯片4的上层如是添加ρ的、而下层4b是添加η的， 该半导体芯片优选由III-V族氮化物半导体材料系统、如例如GaN构成。在图Ib中，装置2基本上与物体1的表面齐平地装入由透明材料构成的物体1的微孔9中。可看到装置2经由一透明的导电层、在这里TCO(ITO)层的接触导通，该层例如已被蒸镀上或溅射上并且起电触点10的作用。图2还示出物体1的总图。微孔9和装置2的视图自然是不合比例的。对于图3 上触点组装的一种优选的实施形式的简化的示意图由透明材料构成的物体1 ； 微孔9 ；透明的导电层10 ；基材12(可选的)；无机的半导体芯片4 ；透明的P或N电流分配层13(+Ρ触点或N触点，可选的)；透明的导电的连接14(例如借助喷墨打印机的纳米等级的ITO ；由于微结构而觉察不到的金属的连接，例如在基质中的纳米等级的银粒子，可借助喷墨打印机施加)或在微结构的基底上觉察不到的金属的连接(例如在基质中的纳米等级的银粒子，可借助喷墨打印机施加)；可选的绝缘层(例如SiO2)、散热层、波长选择反射镜
6等未标出；微孔9的仍留下的自由空间在一种优选的实施形式中用指数适应于透明材料的添加磷的基材6填满。对于图4:上触点组装的另一优选实施形式的简化的示意图由透明材料构成的物体1 ；透明的导电层10 ；无机的半导体芯片4(没有基材，厚度< 20 μ m)；透明的P或N电流分配层 13(+P触点或N触点，可选的)；透明的导电的连接14(例如借助喷墨打印机的纳米等级的 ΙΤ0)；可选地波长转换器6 (例如可印刷的薄的UV可硬化的基质包括嵌入的纳米等级的磷)；可选地保护层15(例如有阻抗的可印刷的透明的溶胶凝胶涂层)；可选的绝缘层(例如SiO2)、散热层、波长选择反射镜等未标出。对于图5 倒装芯片组装的简化的示意图由透明材料构成的物体1 ；透明的导电层10 ；基材 12(可选的)；无机的半导体芯片4;透明的P或N电流分配层13 (+P触点或N触点，可选的)；导电的连接14 ；可选的绝缘层(例如SiO2)、散热层、波长选择反射镜等未标出；微孔 9的仍留下的自由空间在一优选的实施形式中用指数适应于透明材料的添加磷的基材6填俩。对于图6:倒装芯片组装的简化的示意图由透明材料构成的物体1 ；微孔9 ；透明的导电层 10 ；无机的半导体芯片4 ；透明的P或N电流分配层13 (+P触点或N触点，可选的)；导电的连接14 ；可选地波长转换器(例如可印刷的薄的UV可硬化的基质包括嵌入的纳米等级的磷)；可选地保护层15(例如有阻抗的可印刷的透明的溶胶凝胶涂层)；可选的绝缘层(例如SiO2)、散热层、波长选择反射镜等未标出；可选的绝缘层(例如SiO2)、散热层、波长选择反射镜等未标出。
权利要求
1.由透明材料构成的物体，其特征在于，设有至少一个不可见地设置在物体(1)中或物体上的产生光的装置O)，所述装置具有至少一个无机的半导体芯片G)。
2.按照权利要求1所述的物体，其特征在于，所述半导体芯片(4)构造成用于发射在可见光谱范围之内的电磁射线。
3.按照权利要求1所述的物体，其特征在于，所述半导体芯片(4)构造成用于发射在可见光谱范围之外的电磁射线。
4.按照权利要求2或3所述的物体，其特征在于，所述装置(2)具有波长转换器(6)用于将由半导体芯片(4)发射的射线的至少一部分至少部分地转换为光。
5.按照权利要求1至4之一项所述的物体，其特征在于，所述装置(2)具有至少部分透明的反射镜(7)，通过该反射镜能将由半导体芯片(4)发射的射线的至少一部分反射进物体(1)中。
6.按照权利要求1至5之一项所述的物体，在所述物体(1)中为了至少部分地容纳所述半导体芯片(4)而构成有微孔(9)。
7.按照权利要求6所述的物体，其特征在于，所述微孔(9)设置在物体(1)的表面上。
8.按照权利要求1至7之一项所述的物体，其特征在于，经由不可见地设置在物体(1) 中或物体上的电触点(10)实现所述装置O)的能量供应。
9.按照权利要求1至8之一项所述的物体，其特征在于，所述装置(2)构造成用于发出白光。
10.按照权利要求10所述的物体，其特征在于，所述透明材料是玻璃。
11.按照权利要求1至10之一项所述的物体，其特征在于，所述物体(1)是至少部分地磨成平面的。
12.按照权利要求1至11之一项所述的物体，其特征在于，所述装置(2)小于ΙΟΟμπι。
13.按照权利要求1至12之一项所述的物体，其特征在于，至少所述半导体芯片(4)构造成透明的。
14.按照权利要求13所述的物体，其特征在于，所述装置O)的全部部件构造成透明的。
15.按照权利要求13或14所述的物体，其特征在于，所述装置(2)嵌入光学的浸没介质中，该浸没介质的折射率匹配于所述物体(1)的透明材料的折射率。
全文摘要
由透明材料构成的物体(1)，其中，至少一不可见地设置在物体(1)中或物体上的产生光的装置(2)，所述装置具有至少一个无机的半导体芯片(4)。
文档编号H01L33/00GK102301497SQ200980155550
公开日2011年12月28日 申请日期2009年12月14日 优先权日2008年12月16日
发明者C·泰斯尔 申请人:D. 施华洛世奇两合公司