CN101253637A - 光电子器件 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种光电子器件，该光电子器件包括：半导体本体(3)，其在光电子器件工作时产生第一波长的电磁辐射；以及单独的光学元件(9)，其在半导体本体的辐射方向上间隔地设置在半导体本体(3)之后。光学元件(9)具有至少一种第一波长转换材料(10)，该波长转换材料将第一波长的辐射转换成与第一波长不同的第二波长的辐射。

Description

光电子器件

本发明涉及一种具有波长转换材料的光电子器件。

例如在出版物WO 97/50132中已描述了具有波长转换材料的发射辐射的光电子器件。这种光电子器件包括半导体本体和波长转换材料，其中该半导体本体在工作时发射电磁辐射，该波长转换材料被引入半导体本体的包封物中或者设置在半导体本体上的层中。波长转换材料将半导体本体发射的电磁辐射的一部分转换成其它波长(通常为更大波长)的辐射，使得该器件发射混合辐射。

如在出版物DE 10261428中所描述的那样，也可以在发射辐射的半导体本体之后设置多个具有不同波长转换材料的层，使得由发射辐射的本体所发射的辐射的不同成分通过不同的波长转换层转换成不同光谱范围的辐射。

过去曾尝试过改进具有波长转换材料的光电子器件的效率，其方式是一方面提高半导体本体和波长转换材料的效率，而另一方面相应地改进器件壳体的几何形状。

本发明的任务是提供一种具有波长转换材料的光电子器件，其具有高的效率。本发明的另一任务在于，提供一种具有波长转换材料的光电子器件，其具有高的效率并且同时具有良好的显色性(Farbwiedergabe)。

这些任务通过具有权利要求1所述特征的光电子器件来解决。该光电子器件的一些有利的改进方案和实施形式在从属权利要求2至25中说明。

具有高效率的光电子器件尤其包括：

-半导体本体，其在光电子器件工作时发射第一波长的电磁辐射，以及

-独立的光学元件，其在半导体本体的辐射方向上间隔地设置在半导体本体之后，其中光学元件包括至少一个第一波长转换材料，该材料将第一波长的辐射转换成与第一波长不同的第二波长的辐射。

“间隔地”在该上下文中尤其是表示：光学元件以预先给定的方式和方法在空间上与半导体本体分离地设置，其中在半导体本体与光学元件之间构建有被限定的中间空间，该中间空间不含有波长转换材料。

由于与发射辐射的半导体本体间隔地设置的光学元件包括第一波长转换材料，所以第一波长转换材料也与产生辐射的半导体本体间隔地设置。与其中第一波长转换材料直接紧靠发射辐射的半导体本体并且尤其是直接紧靠其发射辐射的正面设置的光电子器件相比，例如在半导体本体的包封物内或者层内有利地提高了部件的效率。此外，特别有利的是将波长转换材料引入光学元件中，该光学元件用于射束成形并且基本上确定了器件的辐射特性，因为这样通常不仅实现了提高的辐射特性，而且实现了特别均匀的辐射特性。

在一种特别优选的实施形式中，波长转换材料包括颗粒，并且光学元件包括基体材料，颗粒嵌入该基体材料中。由于半导体本体所发射的辐射以及波长转换材料所转换的辐射通常在颗粒上被散射，并且由于波长转换材料在任意方向上发射辐射，所以包括颗粒的波长转换材料通常提高了器件的辐射特性的均匀性。此外，在具有确定的几何形状的单独的光学元件中，与半导体本体间隔设置第一波长转换材料的颗粒具有这样的优点，即少量的辐射(尤其是转换后的辐射)通过在颗粒上的散射反向偏转进半导体本体中，并且当在直接紧靠半导体本体的波长转换元件中(如在层或者包封物中)包含该波长转换材料时，该辐射在半导体本体中被吸收。

在一种特别优选的实施形式中，第一波长来源于紫外、蓝光和/或绿光光谱范围。由于波长转换材料通常将辐射转换成更大波长的辐射，所以在可见光谱范围的短波端的波长和紫外光谱范围中的波长尤其适合于与波长转换材料结合地应用。

发射紫外、蓝光和/或绿光辐射的半导体本体优选地包括有源的层序列，该有源的层序列适于发射相应光谱范围的电磁辐射，并且该层序列由基于氮化物或者磷化物的化合物半导体材料构成。

“基于氮化物的化合物半导体材料”在上下文中表示，有源的层序列或者有源层序列中的至少一部分包括氮化物-III-化合物半导体材料，优选包括Al_nGa_mIn_1-n-mN，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该Al_nGa_mIn_1-n-mN材料的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，N)，即使这些成分还可部分被少量其它材料所代替。

“基于磷化物的化合物半导体材料”在上下文中表示，有源的层序列或者有源层序列中的至少一部分包括磷化物-III-化合物半导体材料，优选包括Al_nGa_mIn_1-n-mP，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。在此，该材料并非一定必须具有按照上面的式子的在数学上精确的组分。更准确地说，它可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成成分，它们基本上不改变该Al_nGa_mIn_1-n-mP材料的物理特性。然而，出于简单的原因，上面的式子仅仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In，P)，即使这些成分还可部分被少量其它材料所代替。

半导体本体的有源层序列例如外延地生长，并且优选包括pn结、双异质结构、单量子阱或者特别优选地包括多量子阱结构用于产生辐射。术语量子阱结构在此不包含关于量子化的维数的说明。因此，该术语尤其包括量子槽、量子线和量子点以及这些结构的任意组合。

例如，发光二极管芯片(简称“LED芯片”)或者薄膜发光二极管芯片(简称“薄膜LED芯片”)用作半导体本体。然而，其它产生辐射的半导体本体如激光二极管也适于使用在该器件中。

薄膜发光二极管芯片的特色尤其是至少一个以下特征：

-在产生辐射的外延层序列的朝着支承元件的第一主面上施加或者构建有反射层，该反射层将外延层序列中所产生的电磁辐射的至少一部分反射回该外延层序列中；以及

-外延层序列具有20μm或者更小范围中的厚度，特别是10μm范围中的厚度。

此外，外延层序列优选含有至少一个如下的半导体层：该半导体层带有至少一个具有混匀结构的面。在理想情况下，该混匀结构导致光在外延的外延层序列中的近似各态历经的分布，也就是说，该结构具有尽可能各态历经的随机散射特性。

薄膜发光二极管的基本原理例如在1993年10月18日，I.Schnitzer等人所著的Appl.Phys.Lett.63(16)，第2174-2176页中进行了描述，其公开内容通过引用结合于此。

薄膜发光二极管芯片良好近似于朗伯表面辐射器，并且因此特别适合于在光学系统中的应用，例如用于前大灯。

如果第一波长来源于可见光谱范围，则该器件优选发射多色的混合辐射，该混合辐射包括第一波长的辐射和第二波长的辐射。在此，尤其是用概念“多色的混合辐射”表示包括不同颜色的辐射的混合辐射。特别优选地，混合辐射的色度坐标处于CIE标准色表的白色范围中。这样，通过波长转换材料的选择和浓度产生其色度坐标可在宽范围中调整的器件。

特别优选的是，与将蓝光辐射转换成黄光辐射的波长转换材料相结合地使用发射蓝光光谱范围的辐射的半导体本体。以这样的方式和方法实现了一种光电子器件，其发射具有在CIE标准色表的白色范围中的色度坐标的混合辐射。

然而，如果半导体本体仅发射不可见辐射，例如来自UV范围的辐射，则争取达到尽可能完全地转换该辐射，因为该辐射对器件的亮度没有贡献。在短波辐射如UV辐射的情况下，这种辐射甚至会损伤人眼。出于这样的原因，在这种器件中优选采取了一些措施，这些措施应该防止器件发射短波辐射。这种措施例如可以是吸收颗粒或者反射元件，它们在半导体本体的辐射方向上设置在波长转换材料之后，并且吸收不希望的短波辐射或者将其反射回波长转换材料。

在此，应该指出，也如下面还将更为详细地阐述的那样，在半导体本体仅发射不可见辐射的情况下，器件也可以发射多色的混合辐射。对此使用至少两种不同的波长转换材料，这些波长转换材料将入射的辐射转换成不同的波长。如果半导体本体仅发射不可见辐射，则该实施形式相对于仅将不可见辐射转换成第二波长是特别有利的。如果器件包括多个波长转换材料，则防止器件发射短波辐射的措施优选在半导体本体的辐射方向上设置在所有波长转换材料之后。

在光电子器件的一种优选的实施形式中，半导体本体设置有包封物，该包封物对由器件发射的辐射是透射的。半导体本体在此可以设置在器件壳体的凹进部分中，如反射槽中。可替换地，半导体本体也可以安装在印刷电路板上，或者也可以安装在印刷电路板的冷却元件上。包封物一方面用于对半导体本体的保护，另一方面，该包封物优选设置为使得其填充在光学元件与半导体本体之间的中间空间，并且因此减小辐射从半导体本体到光学元件的路径上的折射率跃变，并且从而有利地减少了由于在边界面上的反射而造成的辐射损耗。

优选地，包封物包括基体材料，该基体材料包括硅树脂材料、环氧树脂材料、混合材料或者折射率相匹配的材料。折射率相匹配的材料理解为其折射率在相邻材料的折射率之间的材料，在上下文中即其折射率在半导体本体的折射率与光学元件的基体材料的折射率之间的材料。

在光电子器件的另一种优选的实施形式中，包封物包括至少一种与第一波长转换材料不同的第二波长转换材料。第二波长转换材料优选将第一波长的辐射转换成与第一波长和与第二波长不同的第三波长的辐射，这样使得器件发射第二波长、第三波长(以及必要时第一波长)的混合辐射。

通过第一波长转换材料和第二波长转换材料在空间上彼此分离的设置，尤其是减小了相应的其它波长转换材料对已经通过波长转换材料转换过的辐射的吸收。特别是当波长转换材料将辐射转换成在其它波长转换材料的激励波长(Anregungswellenlaenge)附近的波长时，存在上述风险。这两种波长转换材料的所描述的设置和空间上的分离提高了部件的效率和色觉的均匀性以及在批量制造时的这些参数的可再现性。

此外，仅仅发射在紫外范围中的不可见辐射的半导体本体适合于光电子器件的这种实施形式。在这样的情况下，优选的是，由半导体本体发射的辐射的一部分通过在包封物中的第二波长转换材料转换成第三波长的辐射。由半导体本体发射的辐射的另一部分和必要时相应地穿过包封物而未被转换的剩余部分通过在光学元件中的第一波长转换材料转换成第二波长的辐射，使得器件发射由第二和第三波长的辐射构成的多色混合辐射。

即使在该实施形式中，第二波长转换材料也优选地包括颗粒，这些颗粒嵌在包封物的基体材料中。

此外，在该实施形式中，半导体本体和两种波长转换材料优选彼此相协调，使得第一波长的辐射来源于蓝光光谱范围，第二波长转换材料将该蓝光辐射的一部分转换成红光辐射而第一波长转换材料将剩余的蓝光辐射的另一部分转换成绿光辐射，使得器件发射具有红光、绿光和蓝光成分的白光混合辐射。通过波长转换材料的量的匹配，可以使白光混合辐射的色度坐标在此特别好地与所希望的值相匹配。

在另一种优选的实施形式中，在包封物与光学元件之间设置有耦合层，该耦合层包括折射率相匹配的材料，该材料的折射率在包封物的折射率与光学元件的基体材料的折射率之间，使得有利地减小了由于在边界面上的反射而造成的辐射损耗。此外，耦合层也可以用于以机械方式连接包封物和光学元件。

除包封物中的第二波长转换材料之外或者替换第二波长转换材料，此外在半导体本体上可以施加有波长转换层，该转换层包括至少一种与第一和必要时与第二波长转换材料不同的第三波长转换材料。第三波长转换材料优选将第一波长的辐射转换成第四波长的辐射，这样使得器件发射由第三、第四(以及必要时第二和必要时第一)波长的混合辐射。

如果代替在包封物中的第二波长转换材料而使用半导体本体上的波长转换层，则半导体本体和这两种波长转换材料又彼此相协调，使得第一波长的辐射来源于蓝光光谱范围，第三波长转换材料将该辐射的一部分转换成红光辐射，并且第一波长转换材料将剩余的辐射的另一部分转换成绿光辐射，使得器件发射具有红光、绿光和蓝光成分的白光混合辐射。

如上面所描述的那样，波长转换层不必一定设置在半导体本体上。更为准确地说，波长转换层也可以设置在包封物与光学元件之间。此外，可能的是，器件不仅具有一个波长转换层，而且具有多个波长转换层，这些波长转换层优选分别具有不同的波长转换材料。

如果除在包封物中的第二波长转换材料之外还使用波长转换层，即在器件中使用总共至少三种不同的波长转换材料，则优选使用发射在紫外光谱范围中的不可见辐射的半导体本体。半导体本体的不可见辐射的一部分于是优选通过半导体本体上的波长转换层的第三波长转换材料转换成红光光谱范围中的辐射，而由半导体本体发射的不可见辐射的另一部分未被转换地通过波长转换层，并且该未被转换的辐射的另一部分被包封物中的第二波长转换材料转换成绿光光谱范围的辐射。不可见辐射的另一部分又未被转换地穿过包封物。未被转换地通过包封物的不可见辐射的最后的部分于是优选完全被转换成蓝光辐射，使得器件发射由红光、绿光和蓝光光谱范围构成的、具有色度坐标在CIE标准色表的白色范围中的混合辐射。根据混合辐射的所希望的色度坐标，半导体本体的辐射被相应转换成其它光谱范围也是可能的。

如果例如追求由器件发射的混合辐射的确定的色度坐标，则使用至少三种波长转换材料结合以发射可见光谱范围中的辐射的半导体材料会是有意义的。

在一种优选的实施形式中，波长转换层的厚度是恒定的，因为这样辐射在波长转换层中的路径长度被统一。这有利地引起使光电子器件的色觉均匀化。

如果器件包括具有第三波长转换材料的波长转换层，则波长转换层又优选包括基体材料而第三波长转换材料包含嵌在基体材料中的颗粒。

波长转换层的基体材料通常具有透明的可硬化的聚合物，如例如环氧树脂、丙烯酸脂、聚酯、聚酰亚胺、聚亚安酯或者具有氯的聚合物，如聚氯乙烯，或者由这些材料中的一种构成。此外，上述材料的混合物以及硅树脂和通常具有由硅树脂、环氧树脂以及丙烯酸脂构成的混合形式的混合材料也适合用作基体材料。一般而言，包含聚硅氧烷链(Polysiloxanketten)的聚合物适于作为基体材料。

在使用多个空间上彼此分离设置的波长转换材料的情况下，波长转换材料优选设置为：使得从半导体本体出发来看，在半导体本体的辐射方向上，由相应波长转换材料将第一波长的辐射所转换成的波长分别短于关于半导体芯片的辐射方向在前面的波长转换材料将第一波长的辐射所转换成的波长。这样，特别有效地避免了已经被转换过的辐射由于在半导体芯片的辐射方向上设置在后的波长转换材料造成的吸收。

第一、第二和第三波长转换材料例如选自以下材料：掺杂以稀土金属的石榴石、掺杂以稀土金属的碱土金属硫化物、掺杂以稀土金属的硫代镓酸盐(Thiogallate)、掺杂以稀土金属的铝酸盐、掺杂以稀土金属的正硅酸盐、掺杂以稀土金属的氯硅酸盐、掺杂以稀土金属的碱土金属氮化硅、掺杂以稀土金属的氧氮化物和掺杂以稀土金属的氧氮化铝。

特别优选地，Ce掺杂的YAG波长转换材料(YAG:Ce)用作第一、第二和第三波长转换材料。

优选地，光学元件是透镜、特别优选地是凸透镜。光学元件用于以所希望的方式和方法构建光电子器件的辐射特征。对此，可以使用球面透镜或者非球面透镜，例如椭圆透镜。此外，可能的是使用其他光学元件用于射束成形，如完全体(Vollkoerper)，该完全体棱锥形或者截锥形地构建，或者按照复合抛物面聚光器、复合椭圆面聚光器或者复合双曲面聚光器的类型来构建。

光学元件包括选自以下组中的材料作为用于波长转换材料颗粒的基体材料，该组包括以下材料：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃(COC)、硅树脂和丙烯酰亚胺(PMMI)。

特别优选地，相应的波长转换材料基本上均匀地分布在光学元件的基体材料和/或包封物的基体材料和/或波长转换层的基体材料中。有利的是，波长转换材料的基本上均匀的分布通常引起很均匀的辐射特性并导致光电子器件的很均匀的色觉。表述“基本上均匀”在上下文中表示波长转换材料的颗粒合理地并且如在技术可行范围内可能实现地那样均匀地分布在相应的基体材料中。该表述尤其是表示颗粒未凝聚。

然而，也不能排除例如由于在相应基体材料硬化期间颗粒的沉淀而出现颗粒在基体材料中的布置与理想的均匀分布的微小偏差。

在一种优选的实施形式中，光学元件的基体材料和/或包封物的基体材料和/或波长转换层的基体材料包括散射光的颗粒。这些颗粒可以有利地使得辐射特性均匀，或者可以以所希望的方式和方法影响部件的光学特性。

在此，应该指出，半导体本体通常不是发射唯一的第一波长的辐射，而是发射多个不同的第一波长的辐射，这些波长优选被共同的第一波长范围包括。第一、第二或第三波长转换材料将至少一个第一波长的辐射转换成至少另一第二、第三或者第四波长的辐射。通常，第一、第二或者第三波长转换材料将优选被第一波长范围所包括的多个第一波长的辐射转换成多个另外的第二、第三或者第四波长的辐射，这些波长优选又被另一共同的第二、第三或者第四波长范围所包括。

以下参照五个实施例与图1A和1B以及2至6相结合更为详细地阐述本发明。

其中：

图1A示出根据第一实施例的光电子器件的示意性截面图，

图1B示出了通过用于根据图1A的光电子器件的器件壳体的示意性截面图，

图2至5示出了根据其它四个实施例的光电子器件的示意性截面图，以及

图6示出了根据另一实施例的光电子器件的示意性分解图。

在这些实施例中和附图中，相同的或者作用相同的组成部分分别设置有相同的参考标记。所示出的元件并不一定可以视为是符合比例的。更确切地说，为了更好的理解，附图的一些细节(例如层厚度)可能被夸大地表示。

根据图1A的实施例的光电子器件包括带有凹进部分2的器件壳体1，在该凹进部分中发光二极管芯片3安装到芯片安装区4上。在此，发射辐射的侧称作发光二极管芯片和光电子器件的“正面”，而与正面相对的侧称作“背面”。

如图1B中所示，器件壳体1具有基本体5和引线框架6。引线框架6包括热连接部分61和两个摇杆状的电连接部分62、63，这些电连接部分从基本体5侧面突出。此外，热连接部分61也能导电并且形成芯片安装区4的底面。一个电连接部分62与热连接部分61导电地相连，而另一电连接部分63与基本体5的线连接区7导电地相连。发光二极管芯片3在安装到芯片安装区4时被从背面与导热的连接部分61导电地相连，并且在进一步的安装步骤中从正面借助接合线与线连接区7电接触(未示出)。在图1B的器件壳体1中，发光二极管芯片3被安装进其中的凹进部分2作为反射槽来构建，该反射槽用于射束成形。

合适的器件壳体1已在出版物WO 02/084749A2中描述，其公开内容通过引用结合于此。

半导体芯片在此为基于氮化镓的发光二极管芯片3，该芯片发射第一波长(如在蓝光光谱范围中的)的电磁辐射。器件壳体1的、发光二极管芯片3被安装进其中的凹进部分2用包封物8填充，该包封物例如包括作为基体材料81的硅树脂。在发光二极管芯片3的辐射方向上，单独制成的透镜9设置在该包封物8之后，该透镜安装在器件壳体1的基本体5上。透镜9在此包括作为基体材料91的聚碳酸酯。硅树脂、PAAI或者聚亚安酯(PU)适于作为透镜9的基体材料91。此外，透镜9在内部包括第一波长转换材料10的颗粒，该波长转换材料将具有发光二极管芯片3的第一波长的辐射(即例如在蓝光光谱范围中的辐射)部分地转换成第二波长的辐射(如在黄光光谱范围中的辐射)，使得该器件从其正面发射总体上为白光的辐射。第一波长转换材料10的颗粒在此基本上均匀地且未凝聚地分布在透镜9的基体材料中。例如，YAG:Ce可以用作第一波长转换材料10。

在此有利的是，第一波长转换材料10在光学元件9中的间隔设置尤其是也提高了被转换过的辐射在第一波长转换材料10的颗粒上朝着作为反射槽构建的凹进部分2反向散射，由此提高了部件的效率。

在根据图2的第二实施例的光电子器件中，与根据图1A和1B的光电子器件不同，在透镜9与包封物8或者器件壳体1的基本体5之间设置有耦合层11。此外，第二波长转换材料12嵌入进发光二极管芯片3的透明的包封物8的基体材料81中，该透明的包封物填充基本体5的凹进部分2。耦合层11包括基于硅树脂的材料并且具有在1.4到1.5之间的折射率。除要减小在包封物8的基体材料81与透镜9的基体材料91之间的折射率跃变的任务之外，在此耦合层11还具有的任务是，以机械方式将透镜9固定在器件壳体1的包封物8或者基本体5上。

不同于图1中的第一波长转换材料10，图2的第一波长转换材料10将发光二极管芯片3的蓝光辐射的一部分转换成例如在绿光光谱范围中的第二波长的辐射，而第二波长转换材料12将发光二极管芯片3的具有在蓝光光谱范围中的第一波长的辐射的一部分转换为红光光谱范围中的第三波长的辐射。根据图2的器件发射多色的混合辐射，该混合辐射包括由第二波长转换材料12所转换的红光辐射、由第一波长转换材料10所转换的绿光辐射和发光二极管芯片3的未转换过的蓝光辐射。该混合辐射的色度坐标在此处于CIE标准色表的白色范围中。例如，可以使用发射绿光的Eu掺杂的氮化物作为第一波长转换材料10，该第一波长转换材料10适于将蓝光辐射的一部分转换成在绿光光谱范围中的辐射，而可以使用发射红光的Eu掺杂的氮化物作为第二波长转换材料12，该第二波长转换材料12适于将蓝光辐射的一部分转换成在红光光谱范围中的辐射。

在根据图3的实施例的光电子器件中，也使用两种波长转换材料10、14。如在前面已描述的两个实施例中那样，第一波长转换材料10基本上均匀分布地处于透镜9的基体材料91中。如在第二实施例中那样，第一波长转换材料10将发光二极管芯片3的在蓝光光谱范围中的第一波长的辐射部分地转换成第二波长的辐射，例如绿光光谱范围中的辐射。然而，不同于根据图2的实施例，在发光二极管芯片3的包封物8的基体材料81中不存在波长转换材料。替代的是，波长转换层13被施加在发光二极管芯片3的正面上，该波长转换层包括其中嵌入有第三波长转换材料14的基体材料131。第三波长转换材料14将发光二极管芯3所发射的在蓝光光谱范围中的第一波长的辐射的另一部分转换成第四波长的辐射，例如在红光光谱范围中的辐射。

波长转换层13连同第三波长转换材料14的厚度在此基本上是恒定的，使得蓝光辐射在波长转换层13中的路径长度基本上是恒定的，并且由第三波长转换材料14所转换的辐射的部分并不取决于起转换作用的颗粒在波长转换层13中的位置。这有助于得到器件的均匀色觉。如根据图2的器件那样，根据图3的器件发射具有蓝光、红光和绿光光谱成分的混合辐射，该混合辐射的色度坐标处于CIE标准色表的白色范围中。

在根据图4的实施例的光电子器件中，不同于上述实施例，使用一种发光二极管芯片3，该发光二极管芯片发射在紫外光谱范围中的第一波长的辐射。此外，在该器件中使用三种波长转换材料10、12、14，这三种材料中的每一种都将该紫外辐射的一部分转换成在可见光的另一光谱范围中的辐射。第一波长转换材料10又基本上均匀地分布在透镜9的基体材料91中，并且将紫外辐射的一部分转换成在可见的蓝光光谱范围中的第一波长的辐射。同样基本上均匀地分布并包含于包封物8的基体材料81中的第二波长转换材料12将发光二极管芯片3的紫外辐射的另一部分转换成第三波长的辐射，例如在可见的绿光光谱范围中的辐射。由发光二极管芯片3所发射的紫外辐射的剩余部分被第三波长转换材料14转换成第四波长的在可见的红光光谱范围中的辐射，其中第三波长转换材料处于发光二极管芯片3上的波长转换层13中。如在根据图2和3的实施例中那样，器件发射白光的混合辐射，该混合辐射包括红光、绿光和蓝光光谱成分。然而，不同于图2和3的实施例，发光二极管芯片3的辐射理想情况下完全被波长转换材料10、12、14转换成可见光。

例如，钡-镁-铝酸盐可以用作适于将紫外辐射的一部分转换成蓝光光谱范围中的辐射的第一波长转换材料10，而发射绿光的Eu掺杂的氮化物可以用作适于将紫外辐射的一部分转换成在绿光光谱范围中的辐射的第二波长转换材料12。发射红光的Eu掺杂的氮化物可以用作适于将紫外光谱范围的辐射的一部分转换成红光光谱范围中的辐射的第三波长转换材料14。

在图5的实施例中，器件除了在透镜9中所包含的第一波长转换材料10之外，还包括另外两种波长转换操材料12(以下称为第二波长转换材料)，这些波长转换材料设置在发光二极管芯片3的包封物8与透镜9之间的第一和第二波长转换层13中。在该实施例中，发光二极管芯片3适于发射在蓝光光谱范围中的第一波长的辐射。设置在发光二极管芯片3的包封物8上的第一波长转换层13的第二波长转换材料12将由发光二极管芯片3产生的在蓝光光谱范围中的第一波长的辐射转换成在红光光谱范围中的第四波长的辐射。由发光二极管芯片3发射的蓝光辐射的一部分未被转换地穿过第一波长转换层13并且入射到第二波长转换层13，该第二波长转换层设置在第一波长转换层13上。第二波长转换层13包括另一第二波长转换材料12，该材料适于将由发光二极管芯片3发射的第一波长的辐射的另一部分转换成在黄光光谱范围中的另一第二波长的辐射。由发光二极管芯片3所发射的蓝光辐射的另一部分也未被转换地穿过第二波长转换层13并由光学元件9中的第一波长转换材料10转换成绿光光谱范围中的第二波长的辐射。由发光二极管芯片3所发射的第一波长的辐射的一部分未被转换地又穿过光学元件9。因此，该器件发射混合辐射，发射在黄光、绿光、蓝光和红光光谱范围中的辐射。通过混合来自黄光光谱范围的辐射，可以在CIE标准色表的暖白色范围中调整混合色的辐射的色度坐标。

不同于上面所描述的器件，根据图6的实施例的器件不具有器件壳体1。在该实施例中，四个发光二极管芯片3安装在散热片16上的铝框架15中，该散热片位于印刷电路板17上，在此位于金属芯电路板上。散热片16由导热良好的材料(如铜)构成，并且用于将发光二极管芯片3工作时产生的热从发光二极管芯片导出。在发光二极管芯片3的辐射方向上，单独制成的透镜9设置在带有发光二极管芯片3的铝框架15之后，该透镜具有第一波长转换材料10。如在根据图1A的实施例中那样，发光二极管芯片3发射在蓝光光谱范围中的第一波长的辐射，该辐射被第一波长转换材料10部分地转换成黄光光谱范围中的第二波长的辐射，使得该器件发射具有黄光和蓝光光谱成分的多色混合辐射。

将铝框架15使用在本器件中是可选的。它适于用包封物8来填充(未示出)，该包封物用于保护发光二极管芯片3，以及减低在发光二极管芯片3与其环境之间的折射率跃变。此外，如参照图2和4所描述的那样，在包封物8中可以包含第二波长转换材料12。

此外，铝框架15的内侧面可以构建为反射器，所述反射器用于射束成形。

为了从背面电接触发光二极管芯片3，将导电的接触区18设置在散热片16上，这些接触区通过接合线分别与印刷电路板17上的对应的电连接区19在散热片16侧面导电地相连。发光二极管芯片3从正面同样通过接合线与对应的电连接区19导电地相连。

电连接区19通过印制导线20与另外的电连接区21相连，这些连接区21产生至外部连接部分23的管脚22的电连接。电连接部分23适于通过插头与外部接触。

为了安装光电子器件，此外将用于固定销的孔24设置在印刷电路板17上。此外，印刷电路板17还包括用于保护部件免受静电放电影响(ESD-保护)的变阻器25。

单独的透镜9在此还包括集成的销92，在将透镜9设置到铝框架15上时，该销92配合进印刷电路板17的对应孔26中，并且在那里被卡锁，使得透镜9被固定。

本专利申请要求德国专利申请102006020529.4和102005041063.4的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

本发明并非通过借助实施例对本发明的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及这些特征的任意组合，特别是包含权利要求中的特征的任意组合，即使这些特征或者组合本身没有在权利要求中或者实施例中被明确说明。

尤其是，本发明并不限于特定的波长转换材料、波长、产生辐射的半导体本体或者光学元件。

Claims (25)

1.一种光电子器件，具有：

-半导体本体(3)，其在光电子器件工作时发射第一波长的电磁辐射，以及

-单独的光学元件(9)，其在半导体本体的辐射方向上间隔地设置在半导体本体(3)之后，其中光学元件(9)包括至少一种第一波长转换材料(10)，该波长转换材料将第一波长的辐射转换成与第一波长不同的第二波长的辐射。

2.根据权利要求1所述的光电子器件，其中：

-第一波长转换材料(10)包括颗粒，并且

-光学元件(9)具有基体材料(91)，第一波长转换材料(10)的颗粒嵌入该基体材料中。

3.根据权利要求1或者2所述的光电子器件，其中第一波长来源于紫外、蓝光和/或绿光光谱范围。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电子器件，其中该器件发射多色的混合辐射，该混合辐射包括第一波长的辐射和第二波长的辐射。

5.根据权利要求4所述的光电子器件，其中混合辐射具有在CIE标准色表的白色范围中的色度坐标。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电子器件，其中第一波长来源于蓝光光谱范围而第二波长来源于黄光光谱范围。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电子器件，其中半导体本体(3)设置有对于器件的辐射透明的包封物(8)。

8.根据权利要求7所述的光电子器件，其中包封物(8)包含基体材料(81)，该基体材料包括硅树脂材料和/或折射率相匹配的材料。

9.根据权利要求7或者8所述的光电子器件，其中包封物(8)包括至少一种与第一波长转换材料不同的第二波长转换材料(12)。

10.根据权利要求9所述的光电子器件，其中第二波长转换材料(12)将第一波长的辐射转换成与第一和第二波长不同的第三波长的辐射，使得器件发射混合辐射，该混合辐射包括第二波长的辐射、第三波长的辐射以及必要时包括第一波长的辐射。

11.根据权利要求9或者10所述的光电子器件，其中第二波长转换材料(12)包括颗粒，这些颗粒嵌在包封物(8)的基体材料(81)中。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的光电子器件，其中在包封物(8)与单独的光学元件(9)之间设置有耦合层(11)，该耦合层具有折射率相匹配的材料。

13.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中在半导体本体(3)上施加有波长转换层(13)，该波长转换层包括至少一种与第一波长转换材料以及必要时与第二波长转换材料(10，12)不同的第三波长转换材料(14)。

14.根据权利要求13所述的光电子器件，其中第三波长转换材料(14)将第一波长的辐射转换成与第一、第二以及必要时与第三波长不同的第四波长的辐射，使得器件发射混合辐射，该混合辐射包括第三波长的辐射、第四波长的辐射，必要时包括第二波长的辐射以及必要时包括第一波长的辐射。

15.根据权利要求13或者14所述的光电子器件，其中波长转换层(13)的厚度是恒定的。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的光电子器件，其中，

第三波长转换材料(14)包括颗粒，并且

波长转换层(13)具有基体材料(131)，第三波长转换材料(14)的颗粒嵌入该基体材料中。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的光电子器件，其中第一波长转换材料(10)、第二波长转换材料(12)以及必要时第三波长转换材料(14)设置为使得从半导体本体(3)出发来看，在半导体本体的辐射方向上，由相应的波长转换材料(10，12，14)将第一辐射所转换成的波长分别比关于半导体芯片的辐射方向处于前面的波长转换材料(10，12，14)将第一辐射所转换成的波长短。

18.根据权利要求9至17中任一项所述的光电子器件，其中第二波长来源于绿光光谱范围而第三或者第四波长来源于红光光谱范围。

19.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中第一波长转换材料(10)和/或第二波长转换材料(12)和/或第三波长转换材料(14)来源于以下材料形成的组：掺杂有稀土金属的石榴石、掺杂以稀土金属的碱土金属硫化物、掺杂以稀土金属的硫代镓酸盐、掺杂以稀土金属的铝酸盐、掺杂以稀土金属的正硅酸盐、掺杂以稀土金属的氯硅酸盐、掺杂以稀土金属的碱土金属氮化硅、掺杂以稀土金属的氧氮化物和掺杂以稀土金属的氧氮化铝。

20.根据权利要求19所述的器件，其中YAG:Ce用作第一波长转换材料(10)或者第二波长转换材料(12)或者第三波长转换材料(14)。

21.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中透镜用作单独的光学元件(9)。

22.根据权利要求21所述的光电子器件，其中凸透镜用作单独的光学元件(9)。

23.根据权利要求2至22中任一项所述的光电子器件，其中光学元件的基体材料(91)来源于以下材料形成的组：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃(COC)、硅树脂或丙烯酰亚胺(PMMI)。

24.根据权利要求2至23中任一项所述的光电子器件，其中第一波长转换材料(10)的颗粒基本上均匀地分布在光学元件(9)的基体材料(91)中。

25.根据权利要求11至24中任一项所述的光电子器件，其中第二波长转换材料(12)的颗粒基本上均匀地分布在包封物(8)的基体材料(81)中。

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