CN101878539A - 具有一次辐射源和发光转换元件的半导体光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体光源，具有：一次辐射源(1)，所述一次辐射源(1)在半导体光源运行中发出第一波长范围中的电磁一次辐射(5)；以及具有发光转换模块(2)，其中从一次辐射源(1)发出的一次辐射(5)被耦合输入到所述发光转换模块(2)中。发光转换模块(2)包含发光转换元件(6)，所述发光转换元件(6)借助于发光材料吸收来自第一波长范围的一次辐射(5)并且发出第二波长范围中的电磁二次辐射(15)。发光转换元件(6)与一次辐射源(1)间隔开地被布置在冷却体(3)上。发光转换元件(6)具有反射面(7，71，72)，所述反射面(7，71，72)将穿过发光转换元件(6)的未被该发光转换元件(6)吸收的一次辐射(5)反射回发光转换元件(6)中和/或将二次辐射(15)向发光转换元件(6)的光耦合输出面(601)的方向反射。

Description

具有一次辐射源和发光转换元件的半导体光源
本专利申请要求德国专利申请102007046608.2和102008012316.1的优先权，所述专利申请的公开内容通过回引结合于此。
技术领域
本申请涉及一种具有一次辐射源和发光转换元件的半导体光源。
背景技术
例如从文献US 6,066,861中公知一种具有一次辐射源和发光转换元件(Lumineszenzkonversionselement)的半导体光源。这样的半导体光源常常具有不能令人满意的将损耗热从发光转换元件中的排出。在这样的半导体光源的情况下，因此通过具有高能量密度的一次辐射源对发光转换元件的照射通常导致发光转换元件的较剧烈的温度上升，由此发光转换元件的波长转换的效率受到影响。
在文献EP 1 734 302 A1中公开了一种半导体光源，其中发光转换元件配备有导热元件。
发明内容
本申请的任务是，说明一种具有一次辐射源和发光转换模块的半导体光源，其中通过所述发光转换元件的波长转换(尤其是在由所述一次辐射源发出的一次辐射的高能量密度情况下)特别有效。
该任务通过根据权利要求1所述的半导体光源来解决。所述半导体光源的有利的扩展方案和改进方案在从属权利要求中予以说明。本权利要求书的公开内容在此明确地通过回引结合到本说明书中。
说明一种半导体光源，其具有一次辐射源，所述一次辐射源在运行所述半导体光源时发出电磁一次辐射。该一次辐射源尤其是含有被设置用于发出一次辐射的光电子半导体芯片。在改进方案中，该光电子半导体芯片被包含在光电子半导体组件中。例如，该光电子半导体芯片被布置在半导体组件的外壳中。在适宜的扩展方案中，光电子半导体芯片或半导体组件是发光二极管或激光二极管。在扩展方案中，该一次辐射源具有在运行中发出蓝色和/或紫外光谱范围中的一次辐射的发光二极管或激光二极管。例如，该一次辐射源具有UV发光二极管。
另外，该半导体光源还具有发光转换模块，其中从该一次辐射源发出的一次辐射的至少一部分被耦合输入到所述发光转换模块中。优选地，由该一次辐射源发出的一次辐射的大部分、尤其是实际上全部被耦合输入到该发光转换模块中。
该发光转换模块包含发光转换元件，所述发光转换元件借助于至少一种发光材料、例如借助于无机发光材料将一次辐射波长转换成电磁二次辐射。该发光转换元件尤其是吸收一次辐射并且由此例如借助于荧光或磷光被激发用以发出二次辐射。
一次辐射例如含有第一波长范围的电磁辐射，并且二次辐射例如含有与第一波长范围不同的第二波长范围的电磁辐射。换言之，第一和第二波长范围不重叠或者仅仅部分重叠。
该发光转换模块与一次辐射源间隔开，并且被布置在冷却体上。适宜地，该发光转换元件以导热的方式与该冷却体相连接。在扩展方案中，该冷却体是发光转换模块的载体。
有利地，该冷却体构成在将一次辐射转换成二次辐射时产生的损耗热的热沉该冷却体例如是发光转换模块固定在的或构造在的金属冷却体。例如，该冷却体具有金属板。
有利地，由于将发光转换模块以同一次辐射源相距地布置在该冷却体处，因此包含在发光转换元件中的发光材料在用一次辐射照射时的温度上升特别低。通常，发光材料温度的升高导致发光材料将一次辐射波长转换成二次辐射的效率降低。因此，半导体光源有利地具有特别高的效率。
在一个改进方案中，给冷却体、尤其是在背离该发光转换模块的侧配备有凸起。在另一改进方案中，冷却体具有有源的冷却装置。例如，该冷却体是微通道冷却器，和/或该冷却体具有珀尔贴元件(Peltier-Element)。通过这种方式，有利地进一步改善发光转换元件的散热。
在半导体光源的一个扩展方案中，一次辐射源配备有单独的冷却体。通过这种方式，该发光转换模块的冷却不依赖于一次辐射源的冷却。
在另一扩展方案中，一次辐射源和发光转换模块被布置在相同的冷却体处、即尤其是以机械方式固定在该冷却体上并且以导热的方式与该冷却体相连接。借助于该一次辐射源和该发光转换模块的共同的冷却体有利地获得半导体光源的特别紧凑的构造。
在优选的扩展方案中，发光转换模块具有反射面，所述反射面例如将穿过发光转换元件的未被该发光转换元件吸收的一次辐射反射回到该发光转换元件中。因此，一次辐射的特别大的分量在该发光转换模块中被波长转换成二次辐射。
可替代或附加地，所述反射面可以被设置用于将二次辐射向发光转换模块的光耦合输出面的方向反射。通过这种方式，有利地获得特别高的光密度。通过这种方式，发光转换模块具有特别高的效率。
在有利的改进方案中，含有所述反射面或者所述反射面的至少一个第一分区域的反射层被施加到发光转换元件的朝向冷却体的面上或者冷却体的朝向发光转换元件的面上。所述反射层优选地具有小于或等于1μm、优选地小于或等于500nm、特别优选地小于或等于100nm的层厚。借助于这样的反射层有利地获得发光转换元件与冷却体之间的良好导热的连接。
该反射层例如含有至少一个金属层和/或至少一个介电层。例如，该反射层含有由至少两个这样的层构成的层序列、即尤其是具有金属层和介电层的层序列。在一个扩展方案中，该反射层含有作为平面化层而被施加到发光转换元件上的介电层和被施加到介电层上的反射的金属层。
在发光转换元件配备有反射层的另一扩展方案中，该发光转换元件借助于焊剂层被固定在冷却体上。例如，将该反射层与该冷却体焊接。因此获得发光转换元件的特别有效的散热。
在半导体光源的一个改进方案中，被耦合输入到发光转换模块中的一次辐射在所述反射面处被多次反射。有利地通过这种方式，一次辐射的特别高的分量在发光转换元件中被吸收。尤其是通过这种方式，一次辐射还被分布到发光转换元件的特别大的区域上。因此，由发光转换模块通过其光耦合输出面发出的二次辐射的光密度分布有利地特别均匀。
在一个扩展方案中，发光转换元件的发光材料(其中所述发光材料也可以是多个发光材料的混合)以发光材料颗粒的粉末形式被包含在该发光转换元件中。例如，该发光材料以电泳的方式被沉积在反射面上。可替代地，该发光材料也可以借助于印刷法、例如喷墨印刷法、丝网印刷法、或者移印法(Tampondruckverfahren)被沉积。有利地，可以通过这种方式简单地制造发光转换元件。在一个改进方案中，在含有粉末形式的发光材料的发光转换元件上施加固定层、比如氧化硅层，所述固定层有利地保护发光转换元件不受机械损坏。
在另一扩展方案中，该发光转换元件含有单晶体形式或多晶陶瓷材料形式的发光材料。例如在制造发光转换元件时，例如借助于压制过程使含有陶瓷材料的发光转换元件的发光材料成为所期望的形式，并且接着通过烧结转化成陶瓷。
具有分散在基体材料(Matrixmaterial)(比如硅树脂或环氧树脂)中的发光材料的发光转换元件常常具有不足的导热性，并且因此仅仅有条件地适用于本半导体光源。借助于粉末状发光材料、单晶体和/或陶瓷材料形式的发光材料，发光转换元件的导热性特别高，使得在所述扩展方案中特别有效地将损耗热从发光转换元件中排出。单晶体或陶瓷材料形式的发光材料具有特别高的导热性。
在一个扩展方案中，发光转换元件基本上具有平坦层的形式或者具有优选地平行平面板的形式。例如，所述层或板的表面具有第一主面，所述第一主面是光耦合输出面。此外，所述层或板的表面尤其具有第二主面，所述第二主面与第一主面相对并且优选地平行于第一主面。此外，所述层或板的表面具有至少一个侧面。所述侧面或者多个侧面尤其是将第一与第二主面相连接。
在该上下文中，将平坦的层或平行平面板理解成如下的层或板：其(除了可能对其表面进行粗糙化和/或结构化)仍然为平的。换言之，所述平坦的层或平行平面板无弯曲或转弯，其尤其是基本上平行于平面。换句话说，所述平坦的层或平行平面板具有与第一和/或第二主面基本平行的主延伸平面。在此，即使所述层或板的表面未被有针对性地粗糙化和/或结构化，所述层或板的表面通常在数学意义上仍然不是平的或平面的，更确切地说所述层或板的表面例如由大量颗粒构成，使得仅平均地(im Mittel)得出第一或第二主面的(除了可能的粗糙化和/或结构化)基本上平的或平行平面的走向。
在一个扩展方案中，反射面或反射面的第二分区域部分地或者完全覆盖所述至少一个侧面。
在另一改进方案中，第二主面朝向冷却体。第二主面例如至少部分地被反射面或被反射面的第一分区域覆盖。因此，所述反射面或所述反射面的第一分区域尤其是被布置在发光转换元件的第二主面与冷却体之间。
在一个实施形式中，一次辐射源的一次辐射通过第一主面被耦合输入到发光转换元件中。在该实施形式中，发光转换元件的光耦合输出面还用作一次辐射的光耦合输入面。
在该实施形式的一个改进方案中，第一主面具有例如带有槽形、绒毛状、和/或棱锥形凸起和/或凹处的粗糙化和/或结构化。例如因此改善以平角射到发光转换元件的第一主面上的一次辐射的耦合输入。
在一个扩展方案中，半导体光源被设置用于发出混合辐射，所述混合辐射含有由一次辐射源发出的一次辐射和由发光转换模块发出的二次辐射或者由其构成。在该改进方案中，借助于经粗糙化和/或结构化的第一主面获得由半导体光源发出的一次辐射和二次辐射的良好的混匀。
在另一实施形式中，一次辐射源的一次辐射通过所述侧面或所述侧面中的至少之一被耦合输入到发光转换元件中。在该实施形式中，尤其是一次辐射源被布置在发光转换模块的侧面。在一个改进方案中，该侧面或多个侧面除了(bis auf)将一次辐射耦合输入到发光转换元件中所通过的耦合输入区域以外完全被反射面覆盖。
在该实施形式中，由一次辐射源和/或由将一次辐射耦合输入到发光转换元件中所借助的光学元件遮蔽通过光耦合输出面发出的电磁辐射的风险特别小。在该实施形式中特别简单地实现在反射面处的多次反射。
该耦合输入区域例如在向第一主面俯视的情况下被包含在边缘区域、优选地尤其是包含在发光转换元件的角区域中。被耦合输入到发光模块中的一次辐射的一部分优选地借助于反射面处的多次反射被引导到发光转换元件的与所述边缘区域相对的另一边缘区域(譬如另一角区域、比如与所述角区域对角相对的该另外的角区域。通过这种方式，发光转换元件的所述边缘区域、所述另一边缘区域、以及布置其之间的中间区域有利地用一次辐射照射。
发光转换元件例如在向其第一主面俯视的情况下具有矩形形状，并且一次辐射在耦合输入区域中的传播方向在向第一主面俯视的情况下与该矩形的边成角度β，该角度具有值0°＜β＜90°、优选地1°＜β＜45°、例如5°＜β＜25°。
在一次辐射的射束不是平行射束的情况下，将概念“传播方向”尤其是理解成一次辐射在进入发光转换元件以前在耦合输入区域中传播的辐射椎体的中轴。
该角度优选地如此被选择，使得耦合输入到发光转换元件中的未散射的一次辐射在反射层处的第一次镜反射以后不被反射回耦合输入区域中。
在该实施形式的一个改进方案中，穿过波长选择性的耦合输入镜(Einkoppelspiegel)进行一次辐射到发光转换模块中的耦合输入。所述波长选择性的耦合输入镜对一次辐射具有大的透射系数，其尤其是在第一波长范围中具有大的透射系数。此外，所述耦合输入镜对二次辐射具有大的反射系数，尤其是在第二波长范围中具有大的反射系数。
耦合输入镜例如覆盖侧面的被反射面空出的耦合输入区域。有利地，该波选择性的耦合输入镜把二次辐射的向侧面的耦合输入区域方向发出的分量偏转，使得所述分量至少部分地通过光耦合输出面被发出。
在半导体光源的另一扩展方案中，穿过波长选择性的耦合输出镜进行二次辐射从发光转换模块中的耦合输出。所述波长选择性的耦合输出镜对一次辐射或者对一次辐射的光谱分量具有大的反射系数，例如其在第一波长范围中具有大的反射系数。此外，所述波长选择性的耦合输出镜对二次辐射、即尤其是在第二波长范围中具有大的透射系数。
适宜地，波长选择性的耦合输出镜尤其是在背离第二主面的侧与发光转换元件的光耦合输出面相邻。换言之，该耦合输出镜在发光转换模块的辐射方向上被布置在该光耦合输出面之后。该耦合输出镜有利地将一次辐射的未转换的分量反射回发光转换元件中，由此转换效率有利地特别高。
如果一次辐射从半导体源的耦合输出是不期望的(例如如果第一波长范围包含紫外辐射)，则可以借助于耦合输出镜减小或完全抑制所述耦合输出。在一个改进方案中，波长选择性的耦合输出镜仅仅遏制一次辐射的不期望的光谱分量、例如短波分量，并且透射一次辐射的所期望的光谱分量、例如较长波分量。
在另一扩展方案中，发光转换模块具有至少一个冷却元件、比如冷却肋片，所述冷却元件突出进发光转换元件内或者突出穿过发光转换元件，并且以导热的方式与冷却体相连接。例如，所述冷却元件与第一主面交叉地或垂直地至少穿过发光转换元件的一部分。所述冷却元件尤其是在从第二到第一主面的方向上延伸。所述冷却元件优选地从第二主面延伸直到第一主面或超出第一主面。借助于所述至少一个冷却元件进一步改善从发光转换元件中的散热。
例如，所述冷却元件在发光转换模块的朝向冷却体的侧与反射面邻接。在一个改进方案中，冷却元件可替代地或附加地与反射面的覆盖发光转换元件的侧面或多个侧面的区域邻接。
在一个扩展方案中，发光转换模块具有多个冷却肋片，所述冷却肋片尤其是梳状地(kammartig)来布置。所述冷却肋片例如在向第一主面俯视的情况下彼此平行。
在一个扩展方案中，发光转换元件在向第一主面俯视的情况下具有矩形形状。该发光转换模块例如具有多个冷却元件，所述冷却元件与矩形的两个相对的边平行。每个冷却肋片都与该矩形的两个剩余的边之一邻接并且与所述剩余的两个边中的第二个隔一定距离。所述冷却元件的布置优选地如此被选择，使得未散射的一次辐射在发光转换元件的光路无冷却元件。
可替代地，所述至少一个冷却元件也可以被设置用于镜反射或漫反射一次辐射和/或二次辐射。为此在一个改进方案中，所述冷却元件具有至少部分反射的表面。
在另一扩展方案中，一次辐射借助于光学元件被耦合输入到发光转换模块中。所述光学元件例如是镜、譬如平面镜、凹面镜或者凸面镜，是聚光透镜、散射透镜、光导棒或者是玻璃纤维。也可以设置具有多个这样的光学元件的光学装置用于将一次辐射耦合输入到发光转换元件中。
在该扩展方案的变型方案中，对一次辐射或对一次辐射的光谱分量具有大反射系数并且对二级辐射具有大透射系数的波长选择性的耦合输出镜同时是光学元件。在该变型方案中，该波长选择性的耦合输出镜尤其是弯曲的，和/或其以倾斜于光耦合输出面的方式来布置。所述波长选择性的耦合输出镜适宜地被第一辐射源照射。
一次辐射源和发光转换模块的几何布置以及曲率和/或耦合输出镜与光耦合输出面之间的角度尤其是这样被选择，使得由一次辐射源发出的一次辐射借助于波长选择性的耦合输出镜通过光耦合输出面被导引并且尤其是被偏转到发光转换元件中。优选地基本上不发生二次辐射的偏转。
一次辐射的传播方向和光耦合输出面大致平行。波长选择性的耦合输出镜例如以与光耦合输出面成30°至60°之间的角度、优选地大致45°的角度被布置。
在另一改进方案中，一次辐射源以发散射束的形式发出一次辐射，并且光耦合输出镜被弯曲，使得该光耦合输出镜使发射射束至少近似地平行化。在该改进方案中，波长选择性的耦合输出镜尤其是具有凹面镜的形式。优选地，该波长选择性的耦合输出镜如此被实施，使得被平行化的射束至少几乎垂直地射到光耦合输出面上。
在一个改进方案中，同时为该光学元件的波长选择性的耦合输出镜可以被多个一次辐射源照射。例如，所述波长选择性的耦合输出镜具有多个分别被至少一个一次辐射照射的片段。例如，该波长选择性的耦合输出镜具有V形横截面。可替代地，该耦合输出镜具有棱锥或棱锥台的形状。“V”或者棱锥的尖端尤其是朝向光耦合输出面。在该上下文中，“棱锥的尖端”在棱锥台的情况下是使该棱锥台完整化的该棱锥的尖端。“V”或棱锥/棱锥台的中轴例如垂直于或基本上垂直于光耦合输出面。
在半导体光源的又一扩展方案中，冷却体包围发光转换元件。例如，冷却体的分段(Teilstück)朝向发光转换元件的侧面。例如，冷却体的L形、V形或者U形结构(譬如凹坑)被设置用于容纳发光转换元件。优选地，该发光转换元件至少部分被构造或布置在冷却体的凹陷中。例如，反射面或者反射面的至少一部分由所述结构或凹陷的表面或者由所述结构或凹陷的表面的部分区域构成。在一个改进方案中，一次辐射源被布置在另外的凹陷中或者冷却体的另外的L形、V形或者U形结构中。在该扩展方案中，发光转换元件的散热有利地特别好。此外实现半导体光源的特别紧凑的构造。
附图说明
从下面结合图1至7所示的示例性实施例中得出半导体光源的另外的优点和有利的扩展方案和改进方案。
图1示出根据第一实施例的半导体光源的示意性横截面；
图2示出根据第二实施例的半导体光源的示意性横截面；
图3A示出根据第三实施例的半导体光源的示意性横截面；
图3B示出根据图3A的实施例的半导体光源的示意性俯视图；
图3C示出根据第三实施例的变型方案的半导体光源的示意性俯视图；
图4示出根据第四实施例的半导体光源的示意性俯视图；
图5示出根据第五实施例的半导体光源的示意性俯视图；
图6A示出根据第六实施例的半导体光源的示意性横截面；
图6B示出根据图6A的实施例的半导体光源的示意性俯视图；
图7示出根据第七实施例的半导体光源的示意性横截面；
图8示出根据第八实施例的半导体光源的示意性横截面；以及
图8示出根据第九实施例的半导体光源的示意性横截面。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同或者作用相同的组成部分配备有相同的附图标记。原则上不应当认为附图以及附图中所示的元素的彼此之间的尺寸比例是按正确比例的。例如，可以为了能够更好地描述和/或为了更好地理解而将各个元素(比如层)示出为夸张地大和/或厚的。
在图1中示意性地以横截面的形式示出了半导体光源的第一实施例。该半导体光源具有一次辐射源1和发光转换模块2。发光转换模块2被布置在冷却体3上。在第一实施例中，一次辐射源1被布置在另外的冷却体4上。
例如，一次辐射源1是例如发出第一波长范围(例如蓝或紫外光谱范围)中的一次辐射5的激光二极管芯片。由该激光二极管芯片所发出的辐射功率例如大于或等于1瓦。
发光转换模块2包含含有无机发光材料的发光转换元件6。借助于所述发光材料，发光转换元件6将来自第一波长范围的一次辐射转换成与第一波长范围不同的第二波长范围中的电磁二次辐射。该发光材料受一次辐射激发成尤其是荧光和/或磷光。例如，该发光材料选自组中的至少一个元素，所述组包括：石榴石发光材料(比如掺杂有稀土材料的钇铝石榴石(YAG)(比如YAG:Ce))、铝酸盐发光材料、正硅酸盐发光材料、氮化发光材料体系(譬如氮硅酸盐(Nitridosilikat)和氮氧化物)、碱土硫化物发光材料以及硫化镓酸盐(Thiogallate)发光材料。
例如基于氧化物的发光材料适用于包括近UV辐射的第一波长范围，例如掺杂有铕的铝酸钡镁、譬如BaMgAl10O17:Eu2+。可替代或附加地，同样掺杂有铕的铝酸锶镁、比如SrMgAl10O17:Eu2+以及分子式为(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+的具有锶、钡或钙的氯磷灰石也是适用的。还可以使用铝酸钡、比如Ba3Al28O45:Eu2+。所有所述化合物当在近UV中被泵浦(pumpen)时都发出蓝波长范围中的光。发出绿色的发光材料例如为SrAl2O4:Eu2+。发出绿色至黄绿色的发光材料例如为掺杂有铕或锰的氯硅酸盐、譬如分子式为Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+或Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Mn2+的氯硅酸盐、以及通式为AGa2S4:Eu2+或AGa2S4:Ce2+的硫化镓酸盐，其中A尤其是选自组：钙、锶、钡、锌以及镁。此外，例如通式为(A，Sr)S:Eu2+(其中A＝碱土金属离子)的碱土取代硫化锶(Erdalkali-substituierte Strontium-Sulfide)可以作为发出红色的发光材料和转换材料。
适于作为例如在红色光谱范围进行发射的发光材料的还有氮化发光材料体系。例如，所述氮化发光材料体系是氮硅酸盐、譬如具有碱土金属M、比如Ba、Ca或Sr的M2Si5N8:Eu2+。可替代地或附加地，可以使用掺杂有稀土材料的氮化铝硅(Aluminiumsiliziumnitrid)发光材料、譬如MAlSiN3:SE，其中M尤其是代表碱土金属、比如Ba、Sr、Ca，并且SE代表稀土。例如氮氧化物、比如MSi2O2N2:Eu2+尤其是适用于绿色光谱范围，其中M例如代表碱土金属、比如Ba、Ca、Sr。
例如具有通式M2SiO4:SE的正硅酸盐(Orthosilikat)发光材料特别好地适用于根据本实施例的半导体光源以及半导体光源的其它扩展方案，其中M例如代表碱土金属、比如Mg、Ca、Sr、Ba，并且SE代表稀土、比如铕(Eu2+)。通常，正硅酸盐发光材料具有特别高的效率。虽然在正硅酸盐发光材料的情况下存在大的风险：该发光材料的发射行为由于温度波动、尤其是由于温度升高而受到影响。但是在根据本申请的半导体光源的情况下，所述风险有利地被减小或排除。例如，正硅酸盐发光材料将电磁辐射转换到绿色、黄色和/或黄/橙色光谱范围中。
在一个扩展方案中，在发光转换元件6中含有发光材料混合物，所述发光材料混合物例如含有锶氯磷灰石、铝酸锶和氮硅酸盐。其例如含有47％重量的(Gew-％)锶氯磷灰石、48％重量的铝酸锶、以及5％重量的氮硅酸盐。在一个适宜的扩展方案中，这样的发光材料混合物被设置用于尤其是在利用第一波长为405nm的一次辐射5激发的情况下发出白光。例如，所述白光具有CI E标准比色图表中的颜色位置x＝0.354和y＝0.386。
当前，发光转换元件6由被烧结成陶瓷材料的发光材料的板构成。该板在俯视图中具有矩形或正方形的形状。可替代地，该板还可以在俯视图中具有多边形、圆面、椭圆形面、或圆面或椭圆形面的片段的形状。
此外，发光转换模块具有反射层7，其中所述反射层7当前由两个分区域71、72组成。反射层7的第一分区域71被布置在发光转换元件6与冷却体3之间。当前，该第一部分区域71完全覆盖发光转换元件6的第二主面602。当前，反射层7的第二分区域72完全覆盖发光转换元件6的侧面603。发光转换元件6的未被反射层7覆盖的第一主面601是发光转换元件6的光耦合输出面。该光耦合输出面与第二主面602相对，其中第二主面602当前朝向冷却体3。至少反射层的朝向发光转换元件6的内面被构造为反射的、尤其是镜反射的。
当前，反射层7是由介电层和金属层构成的层序列。至少在侧面603和第二主面602处给发光转换元件6的陶瓷材料配备介电层、譬如氧化硅层、尤其是二氧化硅层作为平面化层，所述金属层被汽化渗镀到介电平面化层上。当前，反射层的层厚度为50nm或更小。发光转换元件6和反射层7的联合(Verbund)例如借助于粘合剂层、或者优选地借助于焊剂层被固定在冷却体3上。
可替代地，反射层7或至少反射层7的第一分区域71也可以被构造在冷却体3处，例如反射层7的第一分区域71被汽化渗镀到冷却体3上。这尤其是在发光转换模块2的如下扩展方案中是有利的：其中，发光转换元件6例如以电泳的方式或者借助于印刷工艺而被沉积在第一分区域71上。
在另一扩展方案中，反射层7的第二分区域具有至少一个反射板或者至少一个反射带，所述反射板/反射带尤其是具有金属和/或以镜反射的的方式被涂层。例如，所述反射板和/或所述反射带譬如借助于硅树脂与至少一个侧面603粘合在一起。
由一次辐射源1所发出的一次辐射5以与第一主面601成角度α地被耦合输入到发光转换元件6中。在那里，所述一次辐射5被发光材料至少部分地吸收，使得发光转换元件6发出二次辐射，所述二次辐射通过第一主面601被耦合输出。
由发光转换元件不是向第一主面601方向而是向反射层7的方向发出的二次辐射至少部分地被反射层7向第一主面601的方向反射。此外，反射层7当前被设置用于在反射层7的第一分区域71和/或第二分区域72处把被耦合输入到发光转换元件6中的一次辐射5反射回发光转换元件6中，其中所述一次辐射5在从第一主面601到第二主面602的路程中未被发光材料吸收。
波长选择性的耦合输出镜8被布置在第一主面601之后。耦合输出镜8与第一主面601间隔开，使得通过第一主面601与耦合输出镜8之间的区域来进行对一次辐射5的射束引导用于耦合输入到发光转换元件6中。
光耦合输出镜8对于由发光转换元件6发出的二次辐射具有高的透射系数，并且对于一次辐射5具有高的反射系数。通过这种方式，例如把在第一主面601处被反射的一次辐射5再次向发光转换元件6的方向反射回。此外，如果例如在包括UV光的第一波长范围中，未转换的一次辐射5从半导体光源的出射是不期望的，则波长选择性的光耦合输出镜8是有利的。
图2示出根据第二实施例的半导体光源的示例性横截面。与第一实施例不同，在第二实施例中，一次辐射源1的一次辐射借助于光学元件10被耦合输入到发光转换元件6中。当前，光学元件10是光导体、比如玻璃纤维。借助于玻璃纤维10，可以基本上与耦合输入角α无关地选择一次辐射源1的位置。
与第一实施例的另一不同是，在第二实施例中，第一主面601是经过粗糙化的。例如在粗糙化的第一表面601处，一次辐射5的一部分被耦合输入到发光转换元件6中，并且一次辐射5的另一部分被向远离发光转换元件的方向被散射。于是，该半导体光源发出电磁辐射，其含有一次辐射源1的未转换的一次辐射以及发光转换模块2的经过转换的二次辐射。
当前，如果不期望耦合输出一次辐射5，则所述混合辐射或至少二次辐射穿过射束成形元件9、譬如聚光透镜、以及透镜、镜和/或光导体的系统而被耦合输出。
在图3A和3B中以示意性横截面(图3A)和示意性俯视图(图3B)的形式示出了半导体光源的第三实施例。与前述实施例不同，在第三实施例中，一次辐射源1未被布置在单独的冷却体4上，而是其被布置在与发光转换模块2相同的冷却体3上。
此外，一次辐射5未通过发光转换元件的光耦合输出面601被耦合输入到发光转换元件6中。更确切地说，通过侧面603来进行在耦合输入区域21中的耦合输入。反射层7的第二分区域72完全覆盖发光转换元件6的除耦合输入区域21以外的侧面603。在向光耦合输出面601俯视的情况下，耦合输入区域21被布置在发光转换区域6的边缘区域中。
发光转换元件6在向其第一主面601俯视的情况下具有矩形形状。在向第一主面601俯视的情况下，一次辐射的传播方向与所述矩形的边成角度β，其中尤其适用的是：0°＜β＜90°、优选地1°＜β＜45°、例如5°＜β＜25°。
在不是平行射束的一次辐射的射束的情况下，当前应当将术语“传播方向”理解为一次辐射5传播的辐射椎体的中轴。如果一次辐射5在耦合输入到发光转换模块2中以前穿过光学元件10，则耦合输入区域21中的传播方向是决定性的。
角度β优选地如此被选择，使得在耦合输入到耦合输入区域21中以后穿过发光转换元件6的未散射的一次辐射5在反射层7的第二分区域72处的第一镜反射以后不被反射回耦合输入区域21中。
如果该矩形的与属于耦合输入区域21的边垂直的边的长度为L，则BE、即未被镜像(verspiegelt)的耦合输入区域21的宽度、nA、即发光转换元件6之外的耦合输入区域21中的折射率、以及nI、即发光转换元件6中的折射率对于角度β优选地适用：β≥arcsin[(nIBE)/(2nAL)]。
通过这种方式，未散射的一次辐射5借助于在反射面7的第二分区域72处的锯齿形多次反射通过发光转换元件6的中间区域被传导到与所述边缘区域相对的另一边缘区域(在图3B中由箭头来指示)。被每次穿过发光转换元件6时，一次辐射5的一部分被吸收并且被波长转换成二次辐射。
借助于所述多次反射可以实现对发光材料的特别有效的利用。例如与仅仅一次被一次辐射经过的发光转换元件相比，尤其是减小转换所需的发光材料量。通过这种方式，可以特别成本低地制造半导体光源。同时，可以由于所述多次反射而获得二次辐射的特别良好的空间均匀性。
在第三实施例中，一次光源1被布置在基座11上。借助于基座11，一次光源1同冷却体3的间距如此被调节，使得一次辐射5的传播方向大致处于发光转换元件6的中间平面。所述中间平面尤其是与第一和第二主面601、602平行，并且分别同所述第一和第二主面具有相同的间距。
在图3C所示的第三实施例变型方案中，耦合输入区域21具有波长选择性的耦合输入镜12。耦合输入镜12对第一波长范围、即对一次辐射5具有高的透射系数，并且对第二波长范围、即对发光转换元件6的二次辐射具有高的反射系数。借助于耦合输入镜12，获得发光转换元件6的特别均匀的光密度。
在第三实施例中，发光转换元件6的伸展L在向其第一主面601俯视的情况下例如大于或等于1mm、例如在1和50mm之间并且尤其是在2和30mm之间，而第三实施例的根据图3C的变型方案的发光转换元件6的横向伸展小于或等于0.5mm、优选地小于或等于100μm，例如其为10μm或更小。
在该变型方案中，该半导体光源良好地近似为可以特别简单地被光学成像的点光源。借助于反射层7与冷却体3的组合，损耗热特别良好地从发光转换元件6被排出，使得发光转换模块2适于耦合输入具有高能量密度的一次辐射5并且该半导体光源具有特别高的光密度。
尤其是根据该实施例或另一扩展方案的半导体光源的一次辐射源1良好地适用，所述一次辐射源例如发出具有大于或等于0.5瓦的辐射功率的一次辐射5、在改进方案中发出具有大于或等于1瓦的辐射功率的一次辐射5。尤其是在具有小的横向伸展、例如为100μm或更小并且尤其是10μm或更小的发光转换元件的情况下，具有较小辐射功率(例如为大于或等于0.2W或者为大于或等于0.1W)的一次辐射源1也良好地适用于获得半导体光源的高的光密度。
图4示出半导体光源的第四实施例。与根据第三实施例的半导体光源不同，根据第四实施例的半导体光源的发光转换模块2具有波长选择性的耦合输入镜12、比如分布式布拉格反射器(DBR，distributedbragg reflector)。如在第三实施例的根据图3C的变型方案中那样，所述波长选择性的耦合输入镜12被布置在耦合输入区域21中。
此外，发光转换模块2具有多个冷却肋片(Kühlrippen)13。冷却肋片13在发光转换元件6的总厚度上从第二主面602延伸到第一主面601。所述冷却肋片以导热的方式与反射层7的第一分区域71相连接。
第一多个冷却肋片13在包括耦合输入区域21的侧与反射层7的第二附区域72邻接。其余的冷却肋片13在相对的侧与第二分区域72邻接。当前，冷却肋片13与在俯视图中由发光转换元件6构成的矩形的其余两侧平行。所述冷却肋片的长度例如小于或等于所述侧的长度L的一半。
第一多个冷却肋片13以及其余的冷却肋片彼此错开，使得所述冷却肋片以打开的拉链形式彼此相对。冷却肋片13如此被布置，使得在反射层7的侧面分区域72处镜反射的情况下以及在忽略在发光转换元件6处的散射和吸收的情况下，在传播方向上被耦合输入到发光转换元件6中的一次辐射具有无冷却肋片的光路。
图5示出根据第五实施例的半导体光源的示例性俯视图。在该实施例中，发光转换元件6在向其第一主面601俯视的情况下具有椭圆段(Ellipsensegement)的形状、尤其是沿着主轴被对分的椭圆面的形状。
当前，一次辐射源1含有多个激光二极管110，例如其含有激光二极管线条(Laserdioden-Barren)。激光二极管110发出以发散射束形式的一次辐射5，所述发散射束被聚光透镜10聚焦并且被对准发光转换元件6的耦合输入区域。在图5中用虚线来指示一次辐射的传播方向、即该射束的中轴。
与第三和第四实施例不同，耦合输入区域21具有例如大于或等于侧面603的一半长度的宽度BE，其中在所述侧面中603中进行一次辐射5到发光转换元件6中的耦合输入。借助于一次辐射源1的多个激光二极管110，相对较大的耦合输入区域21有利地被特别均匀地照射。
在图6A和6B中示意性以横截面(图6A)和俯视图(图6B)的形式示出的半导体光源的第六实施例中，冷却体3具有凹陷31，所述凹陷31的内面形成反射面7。凹陷31的底面是反射面7的第一分区域71，凹陷31的侧壁是反射面7的第二分区域72。发光转换元件6部分地或者完全地被布置在凹陷31中。该发光转换元件优选地不从凹陷31的边缘突出。
当前，一次辐射源1被布置在冷却体3的另一凹陷中。通过这种方式，一次辐射源1在穿过发光转换元件6的平面中发出一次辐射5。
凹陷31、32通过冷却体3中的槽33彼此连接，其中通过所述槽，一侧辐射5从一次辐射源1被引导到发光转换模块2。在槽33中可以例如布置光学元件、当前为光导棒10。借助于该光导棒，一次辐射5特别低损耗地被引导到发光转换元件6。
图7示出根据第七实施例的半导体光源的示例性横截面。在第七实施例中，一次辐射源1在外壳120中具有发光二极管110。该发光二极管组件的外壳120被安装在与发光转换模块2相同的冷却体3上。
如在第六实施例中那样，借助于光导棒10进行一次辐射5到发光转换模块2的引导。但是与在第三至第六实施例中不同，一次辐射5的传播方向并不穿过发光转换元件6。代替地，在本实施例中，一次辐射5被耦合输入到发光转换模块2的光导板10A中，光导板10A被布置在发光转换元件6的第一主面601与波长选择性的耦合输出镜8之间。当前，波长选择性的耦合输出镜8例如反射一次辐射的短波的、譬如紫外的分量，并且在可见光谱范围中具有高的透射系数。耦合输出镜8尤其是透射一次辐射5的较长波分量。
当前，反射层7的第二分区域72不仅延伸到发光转换元件6的侧面上，而且还延伸到光导板10A的侧面上。通过这种方式，一侧辐射被分布到整个光导板10A上或者至少被分布到光导板10A的大的区域上。
一次辐射5在光导板10A中被散射。例如，光导板10A为此目的而含有漫射体颗粒。
一次辐射5的一部分向发光转换元件7的方向散射，通过该发光转换元件的第一主面601被耦合输入到发光转换元件6中，并且由发光材料波长转换成第二波长范围的二次辐射。
一次辐射5的另一部分向耦合输出镜8的方向散射。当前，该半导体光源发出由一次辐射5和二次辐射构成的混合光。例如，一次辐射5的由光耦合输出镜8透射的分量和二次辐射处于彼此互补的波长范围中，使得该半导体光源发出产生白色色觉的光。
图8示出根据第八示例性实施例的半导体光源的示意性横截面。
例如在扩展方案中与第一实施例类似，该半导体光源含有冷却体3上的发光转换模块2。
与第一实施例不同，波长选择性的耦合输出镜8当前与光耦合输出面601不平行。更确切地说，波长选择性的耦合输出镜8被布置为倾斜于光耦合输出面601。通过这种方式，该波长选择性的耦合输出镜把由一次辐射源发出的一次辐射5偏转，使得所述一次辐射至少部分地射到光耦合输出面601上并且通过所述光耦合输出面被耦合输入到发光转换元件6中。因此，波长选择性的耦合输出镜8同时是将一次辐射5耦合输入到发光转换模块2中所借助的光学元件10。
在本实施例中，光学元件10被实施为波长选择性的凹面镜。在此，凹面镜10的曲率和取向如此被选择，使得从一次辐射源1发出的发散的一次辐射束5被凹面镜10转换成近似垂直地射到光耦合输出面601上的平行射束。由发光转换元件6发出的二次辐射15优选地不被凹面镜反射。
在第八实施例中，一次辐射源1含有至少一个发出紫外光谱范围中的一次辐射5的发光二极管芯片。
在图9中以示意性横截面的形式示出了根据第九示例性实施例的半导体光源。
在该实施例中如在第六实施例(参见图6A和6B)中那样，发光转换元件6被布置在冷却体3的凹陷31中。与第六实施例不同，该发光转换元件当前在侧面上完全被凹陷31的侧壁72包围。
当前，该半导体光源具有多个一次辐射源1、比如两个一次辐射源1。例如像在第八实施例中那样，所述一次辐射源分别含有至少一个发光二极管芯片110，所述发光二极管芯片例如具有紫外光谱范围中的发射最大值。当前，发光二极管芯片110分别被包含在组件外壳中，所述组件外壳具有带有用于射束成形的反射器和透镜的光学装置。一次辐射源1例如被固定在冷却体3的具有凹陷31的面处，其中在凹陷31中含有发光转换元件6。
因此如在第七实施例中那样，一次辐射5的传播方向首先不是朝着发光转换元件6的方向，而是与该转换元件6错开。但是给每个一次辐射源1都分配有波长选择性的耦合输出镜8的片段81或82，其中与在前述实施例中类似，所述耦合输出镜同时是将一次辐射5朝着发光转换元件6的光耦合输出面601偏转的光学元件10。当前，耦合输出镜8的片段81、82被嵌入到至少部分透光的、优选地为透明的定位元件10B中。可替代地，所述片段也可以被构造、成形或者固定在定位元件10B的外面上。借助于定位元件10B，使波长选择性的耦合输出镜8以简单方式对准发光转换元件6。当前，定位元件10B还具有用于光耦合输出面601的机械保护功能。
耦合输出镜8的两个片段81、82在共同的边处相撞，使得耦合输出镜8具有V形的横截面。在此，“V”的尖端以及由此片段81、82的共同的边朝向光耦合输出面601。在第九实施例中，光学元件10的片段81、82为平的面，并且与光耦合输出面601成角度γ，其中该角度当前具有45°的值。在具有波长选择性的耦合输出镜8的光学元件10上例如施加被设置用于对从耦合输出镜8的片段81、82透过的二次辐射15进行成形的射束成形元件9。在一个改进方案中，以与光学元件相组合的形式来构造该射束成形元件。
在该扩展方案的改进方案中，耦合输出镜8具有四个片段81、82，所述片段例如是具有正方形或矩形基面的棱锥的侧面。棱锥81、82的尖端优选地朝向光耦合输出面601，所述棱锥的中轴优选垂直地于光耦合输出面601。在该变型方案中，半导体光源例如具有四个分别照射所述片段之一的一次辐射源1。
本发明并不由于根据实施例的描述而限于所述描述。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每种组合，这尤其是包括实施例和权利要求书中的特征的每种组合，即使所述特征或所述组合未在权利要求书和/或实施例中明确说明。

Claims (15)

1.半导体光源，具有一次辐射源(1)，所述一次辐射源(1)在所述半导体光源运行中发出电磁一次辐射(5)；以及具有发光转换模块(2)，其中一次辐射(5)的至少一部分被耦合输入到所述发光转换模块中(2)，其中所述发光转换模块(2)：
-包含发光转换元件(6)，所述发光转换元件(6)借助于至少一种发光材料把耦合输入的一次辐射(5)的至少一部分波长转换成二次辐射(15)；
-与一次辐射源(1)间隔开地被布置在冷却体(3)上；以及
-具有反射面(7，71，72)，所述反射面(7，71，72)将穿过发光转换元件(6)的未被所述发光转换元件(6)吸收的一次辐射(5)反射回发光转换元件(6)中和/或将二次辐射(15)向发光转换模块(2)的光耦合输出面(601)的方向反射。
2.根据权利要求1所述的半导体光源，其中被耦合输入到发光转换模块(2)中的一次辐射(5)在反射面(7，71，72)处被多次反射。
3.根据权利要求1或2所述的半导体光源，其中发光转换元件(6)具有单晶体形式的发光材料或者由发光材料的单晶体制成，或者其中发光转换元件(6)具有陶瓷材料形式的发光材料或者由陶瓷材料制成。
4.根据前述权利要求之一所述的半导体光源，其中一次辐射源(1)被布置在与发光转换模块(2)相同的冷却体(3)上。
5.根据前述权利要求之一所述的半导体光源，其中发光转换元件(6)具有基本上平坦的层或板的形式，所述层或板的表面具有：第一主面(601)，所述第一主面(601)是光耦合输出面；第二主面(602)，所述第二主面(602)与第一主面相对并且朝向所述冷却体；以及至少一个侧面(603)。
6.根据权利要求5所述的半导体光源，其中反射面(7，71，72)部分地或者完全地覆盖所述至少一个侧面(603)。
7.根据权利要求5或6所述的半导体光源，其中反射面(7，71，72)至少部分地覆盖第二主面(602)。
8.根据权利要求5至7之一所述的半导体光源，其中一次辐射源(1)的一次辐射(5)通过第一主面(601)或通过侧面(603)被耦合输入到发光转换元件(6)中。
9.根据权利要求5至7之一所述的半导体光源，其中一次辐射源(1)的一次辐射(5)通过侧面(603)被耦合输入到发光转换元件(6)中，并且其中所述耦合输入穿过波长选择性的耦合输入镜(12)来进行，所述耦合输入镜(12)对一次辐射(5)具有大的透射系数，并且对二次辐射(15)具有大的反射系数。
10.根据前述权利要求之一所述的半导体光源，其中穿过波长选择性的耦合输出镜(8)进行二次辐射(15)从发光转换模块(2)中的耦合输出，所述耦合输出镜(8)至少对一次辐射(5)的一部分具有大的反射系数，并且对二次辐射(15)具有大的透射系数。
11.根据权利要求5至10之一所述的半导体光源，其中发光转换模块(2)具有至少一个冷却元件(13)，所述冷却元件(13)突出进发光转换元件(6)内或者突出通过发光转换元件(6)，并且以导热的方式与冷却体(3)相连接。
12.根据前述权利要求之一所述的半导体光源，其中一次辐射(5)借助于光学元件(10)被耦合输入到发光转换模块(2)中。
13.根据权利要求12所述的半导体光源，其中光学元件(10)具有波长选择性的耦合输出镜(8)，所述耦合输出镜(8)至少对一次辐射(5)的一部分具有大的反射系数，并且对二次辐射(15)具有大的透射系数，并且穿过波长选择性的耦合输出镜(8)进行二次辐射(15)从发光转换模块(2)中的耦合输出。
14.根据前述权利要求之一所述的半导体光源，其中冷却体(3)包围发光转换元件(6)。
15.根据权利要求14所述的半导体光源，其中发光转换元件(6)至少部分地被布置在冷却体(3)的凹陷(31)中，并且凹陷(31)的表面的至少一个分区域构成反射面(7，71，72)或者所述反射面的一部分。
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