光电照明装置和制造方法与流程

本技术要求2021年9月10日的德国专利申请no.10 2021 123 531.6的优先权，其公开内容通过引用并入本技术。本发明涉及光电照明装置，以及用于制造光电照明装置的方法。

背景技术：

1、为了改善时效性能，传统的激光器封装，特别是用于发射蓝光和/或紫外光的激光器封装，需要带有光学窗口的气密密封的外壳。这尤其是由于以下事实：激光二极管，特别是用于发射蓝光和/或紫外光的激光二极管，在与氧气接触时退化，并且因此它们的性能随着时间的推移而降低。

2、在这种气密的密封的激光器封装中的光学窗口在此应该不影响或尽可能少的影响从激光二极管中发射的光，该激光二极管布置在气密的密封的外壳内。特别是，激光二极管的m2值和光学相干性不应受光学窗口的影响，或者应尽可能少地受到影响。

3、然而，这种带有气密密封的外壳和相应的光学窗口包含大多数的昂贵的材料并且需要用于制造的大多数的复杂的和昂贵的制造过程，该光学窗口不影响或仅仅几乎不影响从激光二极管发射的光的光学特征/光束品质，该激光二极管布置在气密密封的外壳之内。

4、因此，需要解决至少一个前述问题并提供改进的光电照明装置及其制造方法。

技术实现思路

1、通过带有权利要求1的特性的光电照明装置和带有权利要求17的特性的制造光电照明装置的方法考虑到这种和其他需求。实施形式和本发明的进一步的构造在从属权利要求中描述。

2、根据本发明的光电照明装置包括载体和至少一个布置在载体上侧的发射光的半导体元件，该半导体元件为此设计为发射具有波长小于550nm的光，并且特别具有波长在250nm至550nm范围之内的光。例如，发射光的半导体元件为此被设计为，发射蓝色和/或紫外范围内的短波激光。

3、此外，光电照明装置包括对于从半导体元件发射的光基本上透明的灌封料以及框架，该灌封料将发射光的半导体元件封装在载体上，该框架布置在载体的上侧，该框架在垂直于载体的上侧的方向上突出超过发射光的半导体元件，并且框架在至少一个空间方向上限制灌封料。此外，在灌封料上在光电照明装置的发射方向上看去以浮动的方式或以漂浮的方式布置有对于从半导体元件发射的光基本上透明的覆盖元件。

4、通过将发射光的半导体元件封装在灌封料中，半导体元件与灌封料产生直接接触，然而，不与包围光电照明装置的环境或氧气接触。由此，半导体元件的时效性能被改善，而不必将半导体元件封装在气密的隔离的外壳中。

5、然而，通过将发射光的半导体元件封装在灌封料中，能在从半导体元件发射的光的光出射面处，从灌封料中产生不平的表面，由此，从半导体元件发射的光的光学特征/光束品质能被负面地影响。因此，在灌封料上至少在灌封料上的光辐射表面的区域中，在光电照明装置的发射方向看去，布置有对于从半导体元件发射的光基本上透明的覆盖元件。在此，覆盖元件被布置和设计为，从半导体元件发射的光的光学特征/光束品质不被影响或仅仅几乎不被影响并且以光束直径的最小尺寸布置在灌封料上。与不平的表面相反，覆盖材料在灌封料上形成定义的平面，其不会影响激光的相位波前。

6、通过适当地选择用于灌封料和覆盖元件的两种材料，从半导体元件发射的光通过n>1的材料来传播是可行的。

7、在几个实施形式中，覆盖原件由光学元件、特别是由玻璃盘形成，光学元件保持由半导体元件发射的光的波前。在此，波前保持理解为如下，在灌封料和覆盖原件之间的光学界面以及在覆盖元件和环境之间的光学界面，尽可能少的丢失从半导体元件发射的光的光束品质。

8、该情况例如由此达到，灌封料和覆盖元件具有基本上相同的折射指数，特别是在灌封料和覆盖元件之间的光学界面的区域中，其适应至少在灌封料和覆盖元件之间的光学界面的区域中的灌封料和覆盖元件的折射指数。由此，其是可行的，即，在灌封料和覆盖元件之间的光学界面基本上“看不见的”。

9、另一种可行性是在覆盖元件和灌封料的光入口侧和光出口侧上提供高的光学品质。例如，该情况能通过高平面度和高表面平整度(例如在λ/10至λ/25的范围内)来实现。

10、所提出的光电照明装置具有不需要气密密封的外壳来改善时效性能的优点。由此，得出以下优点，诸如，光电照明装置的更灵活的设计、光电照明装置的可行的小型化和/或集成、光电照明装置的生产中的更简单的工艺以及光电照明装置的相关联的更低的成本。此外，通过将发射光的半导体元件封装在灌封料中得出半导体元件的简化的密封过程并且在光电照明装置内的光学接口被减少。

11、覆盖元件在光电照明装置的发射方向上看去以浮动或漂浮的方式布置在灌封料上。“浮动地”或“漂浮地”能关于此点这样理解为，覆盖元件基本上仅与灌封料相连接并且特别地不与框架相连接。例如，覆盖元件不通过光电照明装置的其他部件并且特别地不通过框架来保持。这种布置具有优点，即，半导体元件的加热，包围半导体元件的灌封料的由此关联的加热和再次由此关联的灌封料的热膨胀，不会导致覆盖元件的分离。对于这种情况，相反的，覆盖元件额外地与框架相连接，加热和由此相关的灌封料的热膨胀能导致覆盖元件至少与框架的分离。在几个实施形式中，覆盖元件相应的不具有与至少框架的直接连接。

12、在几个实施形式中，发射光的半导体元件通过侧面发射的激光二极管来形成。特别地，半导体元件设计以侧面发射的激光二极管的形式并且在激光二极管的侧面的外表面处具有光发射区域，激光二极管在主发射方向的方向上以光锥的形式的发射光通过光发射区域。

13、在几个实施形式中，光电照明装置额外地包括反射器或棱镜，其中，发射器或棱镜为此被设计为，偏转从半导体元件发射的光。特别地，反射器或棱镜在半导体元件的主发射方向看去布置在半导体元件的下游和载体的上侧。

14、在几个实施形式中，光电照明装置的发射方向基本垂直于半导体元件的主发射方向。例如，在主发射方向上从半导体元件发射的光被反射器或棱镜偏转了大约90°，使得光电照明装置的发射方向基本上垂直于半导体元件的主发射方向。

15、相反的，在几个实施形式中光电照明装置的发射方向和半导体元件的主发射方向基本上平行。在这样的情况中，例如，光电照明装置能设计为侧面发射的照明装置并且在照明装置的侧面的外表面处具有光发射区域，照明装置在发射方向的方向上以光锥的形式发射光通过光发射区域。

16、在几个实施形式中框架形成空穴，在空穴中布置有发射光的半导体元件和有选择地布置有反射器或棱镜。在此，使用灌封料空穴被至少填充。

17、然而，灌封料也突出超过框架并且至少部分地布置在框架的上边缘。

18、在几个实施形式中在俯视图来看覆盖元件完全覆盖空穴，并且特别地至少部分地覆盖框架的上边缘。在俯视图上看覆盖元件能相应地具有投影的表面，该投影的表面至少比空穴的投影表面要大或者比被框架包围的表面要大。例如，在俯视图上看覆盖元件具有投影表面，该投影表面基本上与框架的外棱角的投影表面的尺寸相符。

19、在几个实施形式中，在框架的上边缘和覆盖框架的这部分的覆盖元件之间布置有灌封料的一部分。特别地，对于这种情况，在俯视图来看，覆盖元件具有投影的表面，该投影的表面比空穴的投影的表面要大，能在框架的上边缘和覆盖元件的覆盖框架的部分之间布置有灌封料的部分。由此保证，覆盖元件以浮动的方式布置在灌封料上。

20、在几个实施形式中，在俯视图上看去，覆盖元件具有比被框架包围的表面更小的表面或比在俯视图上看去空穴的投影表面更小的表面。特别地，在俯视图上看，框架没有被覆盖元件覆盖。

21、在几个实施形式中，位于光电照明装置发射的光锥之外的灌封料的至少几个区域保持不受覆盖元件的影响。换句话说，覆盖元件能确定尺寸并且布置在灌封料上，使得在被光电照明装置发射的光锥之内其基本上只覆盖灌封料的区域。

22、在几个实施形式中，灌封料从有机硅或硅氧烷的组中选择。特别地，灌封料的特征在于，灌封料基本上不吸收或仅几乎不吸收波长小于550nm的光，并且特别地是波长在250nm至550nm之间的范围的光。例如，第一灌封料还示出耐高温性、高的高能光耐受性、粘合性能和弹性性能，以补偿由于热膨胀而产生的应力。

23、在几个实施形式中，覆盖元件的材料从环氧树脂或玻璃中选择。特别地，覆盖元件的材料的特征在于，其基本上不吸收或仅几乎不吸收波长小于550nm的光，并且特别是波长在250nm至550nm之间的范围的光。第二灌封料的特征还能是例如低粘性，特别是第二灌封料的外表面的低粘性、对颗粒的低敏感性、容易清洁的可行性和高刚性，以便提供稳定的外表面。

24、在几个实施形式中，覆盖元件通过透镜或其他引起光束整形的元件来形成。由此进行光束整形或从照明装置发射的光的光散射。

25、在几个实施形式中光电照明装置在背离载体的上侧的一侧上具有电接触面，并且由此能够进行表面装配。

26、用于制造至少一个光电照明装置的根据本发明的方法，特别是根据所述的几个方面的光电照明装置，该方法包括以下步骤：

27、在载体的上侧上布置至少一个发射光的半导体元件，该半导体元件被设计为发射具有波长小于550nm的光；

28、将框架布置在载体的上侧，其中，框架与载体一起形成至少一个空穴，在空穴中布置有至少一个发射光的半导体元件；

29、以对于从半导体元件发射的光基本透明的灌封料来浇铸至少一个半导体元件，使得至少一个空穴使用灌封料来至少填充；并且

30、布置至少一个对于从半导体元件发射的光基本透明的覆盖元件，使得至少一个覆盖元件在光电照明装置的发射方向来看以浮动的方式布置在灌封料上。

31、在几个实施形式中，在使用灌封料浇铸至少一个半导体元件的步骤之后进行布置至少一个覆盖元件的步骤。在布置至少一个覆盖元件的时间点处，灌封料处于液体状态或至少粘性状态。由此，一方面在覆盖原件和灌封料之间的足够好的连接能被保证，并且另一方面引入足够的灌封料和覆盖材料的紧接着的按压能被保证，按照覆盖元件的尺寸，例如，灌封料被压在覆盖元件和框架的上边缘之间的区域内，使得确保了覆盖元件以浮动的方式布置在灌封料上。

32、在几个实施形式中，本方法还额外地包括将反射器或棱镜布置在至少一个空穴内在载体的上侧上，其中，反射器或棱镜为此被设计为，偏转从半导体元件发射的光。例如，发射器或棱镜能粘在载体的上侧并且紧接着同样使用灌封料来浇铸。

33、在几个实施形式中，布置框架的步骤包括分配阻隔材料。光电照明装置的框架能相应的通过包括阻隔材料的阻隔形成。特别地，通过阻隔形成的框架的特征在于，阻隔简单并且以几乎任意的形状能被安装在载体的上侧。这种阻隔从横截面观察能例如具有圆形或椭圆形、梯形或其他形状。特别地，这样的框架能通过施加至载体的凸起形成。

34、在几个实施形式中，与之相反，布置框架的步骤包括预先制造的框架的粘上。在此，框架能设计为，使得框架具有通孔，在布置框架之后通孔在载体的上侧上与其一起形成至少一个空穴。同样，然而，也能使用注塑成型工艺、喷射压制工艺、借助成型压制工艺，或类似的工艺施加至载体的上侧。

35、此外，在载体上在由框架提供的多个空穴之一中分别布置有多个发射光的半导体元件。空穴或半导体元件能分别以灌封料来浇铸，并且至少一个覆盖元件的区域或相应的单独的覆盖元件能经由半导体元件的每一个布置在灌封料上。此外，在几个实施形式中，本方法包括载体的分离和/或框架的分离，并且可选地覆盖元件的分离，以提供至少一个光电照明装置之一。由此得出的至少一个光电照明装置能根据所提到的几个方面来设计。