CN102217065B - 光电子半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种光电子器件(1)，其具有：连接支承体(2)，在其上设置有至少两个发射辐射的半导体芯片(3)，转换元件(4)，其固定在连接支承体(2)上，其中转换元件(4)覆盖半导体芯片(3)，使得半导体芯片(3)被转换元件(4)和连接支承体(2)围绕，并且发射辐射的半导体芯片(3)中的至少两个在由其在工作中发射的电磁辐射的波长方面彼此不同。
Description
提出了一种光电子器件。
要解决的任务尤其在于提出一种光电子器件，其在工作中发射带有特别高的显色率的光。
根据光电子器件的至少一个实施形式，该光电子器件包括连接支承体，在该连接支承体上设置有至少两个发射辐射的半导体芯片。
连接支承体例如是电路板，在该电路板上或者在该电路板中设置有电印制导线和电连接部位，其用于发射辐射的半导体芯片的电接触和机械固定。连接支承体可以按板的方式基本上平坦地构建。这就是说，在该情况下连接支承体不具有在其中设置有发射辐射的半导体芯片的腔体。此外可能的是：连接支承体是支承体框架(也称为：引线框架)，在其上可以设置有发射辐射的半导体芯片。尤其在该情况下也可能的是：连接支承体具有用于容纳发射辐射的半导体芯片的至少一个腔体。
发射辐射的半导体芯片优选为冷光二极管芯片(Lumineszenzdiodenchip)，这就是说是发光二极管芯片或者激光二极管芯片。发射辐射的半导体芯片优选地适于产生在UV或可见光谱范围中的电磁辐射。
根据在此描述的光电子器件的至少一个实施形式，该器件包括转换元件。转换元件是光电子器件的部件，其包含发光转换材料或者由发光转换材料形成。
例如如果发射辐射的半导体芯片中的至少一个在工作中产生的电磁辐射射到转换元件上，则该电磁辐射会被转换元件的发光转换材料完全或者部分地吸收。然后，发光转换材料再发射电磁辐射，其包含与该至少一个发射辐射的半导体芯片在工作中发射的电磁辐射相比不同的、优选更高的波长。例如，发射辐射的半导体芯片中的至少一个在工作中产生的在蓝色光谱范围中的电磁辐射的一部分在穿透转换元件时转换为在黄色光谱范围中的电磁辐射。
根据光电子器件的至少一个实施形式，转换元件覆盖发射辐射的半导体芯片，使得所有发射辐射的半导体芯片被转换元件和连接支承体围绕。这就是说，转换元件例如拱形结构式地张到至少两个发射辐射的半导体芯片上。换言之，发射辐射的半导体芯片于是设置在连接支承体和转换元件之间。转换元件例如在半导体上构建腔体。发射辐射的半导体芯片借助于其安装面例如固定在连接支承体上。在发射辐射的半导体芯片的侧面上以及在半导体芯片的背离安装面的辐射出射面上，半导体芯片被转换元件围绕。在此，转换元件优选地并不直接邻接半导体芯片，而是半导体芯片和转换元件不接触。这就是说，至少半导体芯片的辐射出射面优选地远离转换元件并且并不与其直接接触。
转换元件例如可以包括基体材料，发光转换材料被引入到该基体材料中。
转换元件优选地以机械方式自支承地构建。转换元件例如可以构建为自支承的拱形结构或者壳，其覆盖发射辐射的半导体芯片。
根据器件的至少一个实施形式，转换元件固定在连接支承体上。这就是说，转换元件具有到连接支承体的在机械上牢固的连接。例如，转换元件可以借助于连接装置例如薄的粘合材料层与连接支承体连接。此外可能的是，转换元件例如接合到连接支承体上或者借助于压配合与连接支承体连接。
根据光电子器件的至少一个实施形式，器件的发射辐射的半导体芯片中的至少两个在由其在工作中发射的电磁辐射的波长方面不同。换言之，发射辐射的半导体芯片中的至少两个例如发射不同颜色的光。在此可能的是：发射辐射的半导体芯片中的至少一个在如下波长范围中发射，该波长范围不被或者几乎不被转换元件转换。于是，该电磁辐射主要被转换元件散射或者透射，由此可以得到与光电子器件的其他发射辐射的半导体芯片的电磁辐射和由转换元件所再发射的电磁辐射的特别良好的混合。
根据在此所描述的光电子器件的至少一个实施形式，该器件包括连接支承体，在该连接支承体上设置有至少两个发射辐射的半导体芯片。此外，该器件包括固定在连接支承体上的转换元件，其中转换元件覆盖半导体芯片使得半导体芯片被转换元件和连接支承体围绕。器件的发射辐射的半导体芯片中的至少两个在由其在工作中发射的电磁辐射的波长方面彼此不同。
在此，术语“半导体芯片”也理解为如下半导体芯片，其具有半导体本体，在该半导体本体的辐射出射面上施加有另外的转换元件。这就是说，半导体芯片于是包括其中在工作中产生电磁辐射的半导体本体，以及另外的转换元件，该转换元件可以与半导体本体直接接触并且在该转换元件之后设置有辐射出射面。于是，半导体芯片发射由所产生的初级辐射和转换过的辐射构成的混合辐射。
根据光电子器件的至少一个实施形式，转换元件由以下材料中的一种构成：陶瓷材料、玻璃陶瓷材料。这就是说，转换元件并不通过溶解在基体材料譬如硅树脂或者环氧树脂中的发光转换材料形成，而是转换元件以陶瓷材料或者玻璃陶瓷材料形成。在此可能的是：转换元件的发光转换材料本身是陶瓷材料并且转换元件完全地由陶瓷的发光转换材料构成。此外可能的是：至少一种陶瓷的发光转换材料作为基体材料引入到陶瓷材料或者引入到玻璃陶瓷材料中，并且转换元件以该方式来形成。
适于形成这种转换元件的陶瓷尤其在印刷物WO 2007/148253中详细地予以阐述，其公开内容明确地通过引用结合于此。适于形成这种转换元件的玻璃陶瓷材料例如在印刷物US 2007/0281851中予以描述，其公开内容明确地通过引用结合于此。
在此，这里描述的光电子器件尤其利用了以下认识并且基于以下优点：用于形成转换元件的玻璃陶瓷材料或者发光陶瓷的特征在于例如比硅树脂的导热能力明显更高的导热能力。优选地，转换元件具有大于等于1.0W/mK的导热能力。
此外，由于将转换元件固定到连接支承体上，所以将转换元件导热地连接到连接支承体上并且由此例如连接到连接支承体可以施加在其上的冷却体上。在转换穿透的辐射时在转换元件中所产生的热可以以该方式特别良好地来导散。
例如，转换元件由YAG:Ce陶瓷构成。这种转换元件的特征在于大约14W/mK的导热能力。
此外，由玻璃陶瓷材料或者陶瓷材料构成的转换元件形成对半导体芯片的机械稳定的保护，使其不受外部影响，该半导体芯片被转换元件覆盖。因此，可以省去半导体芯片的附加的外壳
此外，使用具有不同的发射波长范围的发射辐射的半导体芯片证明为对于产生光电子部件的白色混合光是有利的，其具有特别高的显色率。虽然在不被或者几乎不被转换元件转换的波长范围中的电磁辐射至少部分地被转换元件吸收，然而在效率方面的缺点例如通过由于电磁辐射在转换元件上的散射引起的特别良好的光混合来补偿。
根据光电子器件的至少一个实施形式，该光电子器件包括至少一个发射辐射的半导体芯片，其在工作中发射在如下波长范围中的电磁辐射，该波长范围不被或者几乎不被转换元件转换。例如，该半导体芯片发射红或绿光。此外可能的是，器件包括多个这种半导体芯片，例如一个发射红光的半导体芯片和一个发射绿光的半导体芯片。于是，光电子器件附加地包括至少一个发射辐射的半导体芯片，其在工作中发射的电磁辐射至少部分地被转换元件转换。该半导体芯片例如是发射蓝光的半导体芯片，其中蓝光被转换元件部分地转换为黄光并且与该黄光混合为白光。
发射红光的、发射辐射的半导体芯片的光被转换元件部分地吸收。例如得到至少10％的吸收。现在已证明的是：所谓吸收缺点通过红光与半导体芯片所发射的其他颜色的电磁辐射和由转换元件发射的电磁辐射的特别良好的混合而很大程度上被补偿。这就是说，红光通过在拱形转换元件上的散射近乎理想地混入在拱形结构中产生的白光。这同样适用于半导体芯片的未被转换元件波长转换的其他颜色的光。因此，借助于所描述的部件可以实现至少90％的光混合效率。这样高的效率并不能借助于用于光混合的替选解决方案如灯箱和微透镜阵列来实现。此外，这种用于光混合的可替选可能性与所描述的光电子器件相比相对更贵并且占据更大空间，即更大。此外，在该光电子器件的情况下可以特别小并且由此特别低廉地实施次级光学系统，其在发射方向上设置在转换元件之后。例如，简单的、例如以抛物面形式构建的反射器可以用作次级光学系统。可以省去更复杂的光学元件如灯箱或者微透镜阵列。
根据在此描述的光电子器件的至少一个实施形式，发射辐射的半导体芯片中的至少一个在工作中发射白光。例如，该半导体芯片是如下半导体芯片，该半导体芯片包括半导体本体，在该半导体本体之后在辐射出射面上设置有另外的转换元件，其将在半导体本体中在工作中产生的电磁辐射的至少一部分转换为在黄光光谱范围的电磁辐射。该另外的转换元件例如是芯片级转换元件，其中例如引入由硅树脂构成的基体材料中的转换材料直接施加到半导体芯片的辐射出射面上。在此，该另外的转换元件的转换材料可以与拱形转换元件的转换材料相同或者与其不同。这就是说，在此反直觉地提出：在半导体本体中产生的、例如蓝色的电磁辐射借助于该另外的转换元件和拱形转换元件可以说转换两次。这就是说，由发射白光的半导体芯片发射的光被转换两次，使得在很大程度上进行从蓝光到黄光的转换。
该黄光可以用于以特别简单的方式形成暖白色光源。
在此也可能的是：拱形转换元件和该另外的转换元件包括不同的发光转换材料。于是，拱形转换元件例如可以包括特别温度敏感的转换材料，因为该转换元件在热学上特别良好地连接到连接支承体上。可以将特别良好地适于芯片附近的转换的其他发光转换材料用于该另外的转换元件。
根据在此描述的光电子器件的至少一个实施形式，在连接支承体上固定有光学传感器，该光学传感器被转换元件覆盖，使得该光学传感器被转换元件和连接支承体围绕。这就是说，光学传感器如发射辐射的半导体芯片一样地设置在通过转换元件形成的拱形结构之下。光学传感器例如是光电二极管。光学传感器例如检测由转换元件向回散射到被转换元件覆盖的区域的内部中的散射光。借助于该传感器可以检测由发射辐射的半导体芯片和转换元件产生的光的不同的光谱分量。于是，例如可以借助于同样可以固定在连接支承体上的激励装置将发射辐射的半导体芯片调节为使得出现由光电子器件发射的光的所希望的色温和/或所希望的色度坐标。例如可以通过激励装置调节部件将所发射的光的CX坐标和CY坐标调节到所希望的白点上。由此，降低了在预分类(所谓的Binning)发射辐射的半导体芯片时的开销。
在此，光学传感器可以是波长选择性的。于是，光学传感器包括具有不同的光谱敏感性的多个面。可替选地可能的是：脉冲式地驱动发射辐射的半导体芯片，并且光学传感器是仅仅具有唯一的面的传感器。在此，针对短暂的时间间隔单独地驱动每个发射辐射的半导体芯片或者仅仅驱动相同颜色的发射辐射的半导体芯片，使得传感器可以仅仅检测该半导体芯片的电磁辐射或者该颜色的半导体芯片的电磁辐射。
用于激励发射辐射的半导体芯片的激励装置例如可以是微控制器，该微控制器可以设置在连接支承体上或者外部。
根据在此描述的光电子器件的至少一个实施形式，在半导体芯片和转换元件之间设置有填充有气体的至少一个中间区域。这就是说，在半导体芯片和转换元件之间的空间可以至少局部地填充有气体。气体例如可以是空气。于是，半导体芯片不直接接触转换元件。
根据在此描述的光电子器件的至少一个实施形式，发射辐射的半导体芯片和(如果存在)光学传感器嵌入在共同的成型体中。这就是说，半导体芯片至少局部地在其暴露的外表面上被成型体形状配合地包封，该成型体至少局部地直接接触半导体芯片。在此，成型体例如可以实施为浇铸物。成型体对于由发射辐射的半导体芯片在工作中产生的电磁辐射而言是尽可能完全透射的。这就是说，成型体由几乎不或者根本不吸收发射辐射的半导体芯片的电磁辐射的材料构成。
例如，成型体由硅树脂、环氧化物或者由硅树脂-环氧化物混合物形成。成型体将半导体芯片在其暴露的外表面上行形状配合地围绕并且例如可以具有球形弯曲的外表面。
成型体优选地没有散射光或者吸收辐射的材料譬如发光转换材料。这就是说，成型体除了最多少量的杂质之外不具有发光转换材料或者漫射颗粒。于是，成型体优选透明或者透视地构建。
根据在此描述的光电子器件的至少一个实施形式，填充有气体的中间区域在成型体和转换元件之间延伸，其中中间区域直接邻接成型体。这就是说，成型体具有背离半导体芯片的外表面，在该外表面上成型体邻接中间区域。在此，中间区域可以延伸直至连接支承体。在该情况下，中间区域可以拱形地构建。中间区域在其朝向成型体的内表面上遵循成型体的外表面的形状。中间区域在其朝向转换元件的外表面上可以遵循转换元件的内表面的曲线。
在此，中间区域尤其利用以下认识：在光电子器件的工作中，通过发射辐射的半导体芯片的加热也引起半导体芯片嵌入在其中的成型体的加热。尤其是当成型体包含硅树脂时，该加热会引起成型体的热膨胀。现在，将中间区域设计为使得成型体尽管热膨胀但也不接触转换元件。这就是说，转换元件和成型体优选地在光电子器件的工作中也始终通过中间区域彼此分离，使得成型体和转换元件并不直接彼此接触。由此，尤其阻止：由于温度提高时成型体膨胀而会出现由于成型体到转换元件上的压力引起的转换元件抬起。
根据光电子器件的至少一个实施形式，光电子器件包括耦合输出透镜，其邻接转换元件的背离半导体芯片的外表面。耦合输出面可以直接或者紧紧接触转换元件的外表面。在此，耦合输出透镜可以是光电子器件的独立制成的元件，其例如被铣削、车削或者注塑并且在安装步骤中固定在转换元件之上。
然而，此外也可能的是：耦合输出透镜在光电子器件的另外的部件上制成并且例如直接作为浇铸物施加到转换元件上。
耦合输出透镜对于由光电子器件和/或由转换元件发射的电磁辐射而言至少基本上是透射的。尤其是，耦合输出透镜优选地没有发光转换材料。这就是说，耦合输出透镜除了至多少量的杂质之外不具有发光转换材料。
根据光电子器件的至少一个实施形式，耦合输出透镜具有内表面，该内表面朝向半导体芯片并且被具有半径R转换的内半球面围绕。此外，耦合输出透镜具有外表面，该外表面背离半导体芯片并且被具有半径R外的外半球面围绕。在此，两个半径遵循以下条件：R外≥R转换×n透镜/n空气，n透镜和n空气在此是耦合输出透镜或者耦合输出透镜的环境(典型地为空气)的折射率。
内半球面和外半球面可以是纯粹虚拟的面，其不必在器件中构建或者出现为具体特征。当通过具有所提及的半径的内半球面和外半球面形成的半球壳在其整体上位于耦合输出透镜中时，耦合输出透镜尤其满足上述条件，其也已知为“魏尔斯脱拉斯(Weierstrass)”条件。
尤其也可能的是：耦合输出透镜构建为球壳，其内半径通过R转换给定并且其外半径通过R外给定。在此，由制造引起地，耦合输出透镜的形状可以稍微偏离在数学上精确的用于内表面和外表面的球形。
换言之：如果耦合输出透镜满足上述条件，则耦合输出透镜成形并且与半导体芯片间隔为使得耦合输出透镜的外表面从半导体芯片的每个点来看均显得在小到使得在耦合输出透镜的外侧上不出现全反射的角度下。因此，服从该条件的耦合输出透镜仅仅具有由于在其外表面上的全反射引起的非常小的辐射损耗。由此，光电子器件的耦合输出效率有利地提高。
根据光电子器件的至少一个实施形式，光电子半导体芯片嵌入在其中的成型体被具有半径R内的半球面围绕。在此，半导体芯片具有带有面积A的总辐射出射面。在此，总辐射出射面由半导体芯片的辐射出射面之和组成。
在此，面积A和半径R内满足条件A≤1/2×π×R内 2。在此，面积A优选地大于等于1/20×π×R内 2。在此得到：唯一的成型体包封光电子器件的所有发射辐射的半导体芯片。发射辐射的半导体芯片的总辐射出射面的这种小面积引起：例如从转换元件朝着半导体芯片向回反射或者发射的电磁辐射以小概率射到半导体芯片上，在那里该电磁辐射例如会由于吸收而损耗。
在此，例如在连接支承体的朝向成型体的侧上设置有反射性层，其至少局部地直接邻接成型体并且不仅对于由半导体芯片并且对于由转换元件所产生的电磁辐射具有为至少80％、优选至少90％的反射率。特别优选地，反射性层具有为至少98％的反射率。在此，反射性层优选地位于具有半径R内的半球中。以该方式，辐射以大的概率射到反射性层上而不射到发射辐射的半导体芯片的辐射出射面上。
根据光电子器件的至少一个实施形式，在转换元件和连接支承体之间设置有连接装置，例如粘合材料或者焊接材料。连接装置可以直接邻接转换元件和连接支承体。在此，连接装置、尤其为粘合材料优选地施加在薄层中，该薄层具有最大10μm、优选地最大6μm的厚度。这种薄层保证：由转换元件产生的热可以特别有效地发出给连接支承体。
根据光电子器件的至少一个实施形式，转换元件包含发光转换材料或者由发光转换材料构成，该发光转换材料基于以下材料的一种：正硅酸盐、硫代镓酸、硫化物、氮化物、氟化物、石榴石。
根据这里描述的光电子器件的至少一个实施形式，转换元件以发光转换材料形成，该发光转换材料通过以下掺杂材料的至少一种来活化：Eu3+、Mn2+、Mn4+。
在此，这里描述的光电子器件尤其基于以下认识：通过在这里描述的光电子器件中半导体芯片和转换元件之间相对大的距离，由半导体芯片在工作中产生的电磁辐射分布到相对大的面上和相对大的体积上。由此，使用缓慢衰变的发光材料是可能的。在此，缓慢衰变的发光材料理解为具有大于1μs的衰变时间的发光材料。属于其的例如有以Eu3+、Mn2+、Mn4+来活化的发光转换材料。通过距半导体芯片的大的距离，对于转换元件而言在该缓慢衰变的发光材料的情况下饱和效应也是不太可能的。对于具有较短的衰变时间的较快速的发光材料(诸如YAG:Ce)而言，在该光电子器件的情况下甚至完全避免了饱和效应。
此外，由于电磁辐射分布到较大的面上和较大的体积上而可能的是使用如下发光转换材料，这些发光转换材料对于例如通过UV辐射引起的辐射损伤具有提高的敏感性。在此，例如提及氮化物譬如Sr2Si5N8:Eu以及硫化物、氮氧化物和氟化物。如在此描述的那样，这些发光转换材料可以在光电子器件中使用。
由于根据光电子器件的至少一个实施形式的转换元件由陶瓷或者玻璃陶瓷构成的事实，由于发光转换材料的烧结而极度减小发光材料的有效表面。然而由此在很大程度上抑制了与湿气、CO2、氧气或者其他大气气体的缓慢化学反应，因为可用反应表面减小。这尤其涉及发光转换材料如硫化物、正硅酸盐或者氮化物。由此，由于使用由陶瓷或者玻璃陶瓷构成的转换元件也提高了转换元件的寿命并且由此提高了总的光电子器件的寿命。
由于可以结合发射UV辐射的半导体芯片使用缓慢衰变的发光转换材料如窄带的f-f线发射器(例如Eu3+、Mn4+)的事实，可以实现光电子器件的高的显色值和效率值。在此，并不出现早期使用的饱和效应的缺点。
此外，在这里描述的器件中可以使用具有低的活化剂浓度的发光转换材料，其具有直至在传统发光转换材料中常见的浓度的1/100的浓度。这就是说，在此描述的器件也能够实现使用如下发光转换材料，否则这些发光转换材料由于其差的热学特性、其对于大气气体的敏感性或者其缓慢的衰变时间而无法使用。其包括例如蓝绿至红橙发射的正硅酸盐、硫代镓酸、硫化物、氮化物、氟化物和/或窄带的f-f线发射器。
下面借助于实施例和与其相关的附图进一步阐述在此描述的光电子器件。
图1、2和3借助示意图示出了在此描述的光电子器件的不同的实施例。
图4和5借助于示意性绘图示出了在此描述的光电子器件的另外的特性。
相同的、类似的或者作用相同的元件在附图中设置有相同的附图标记。附图和在附图中所示的元件彼此间的大小关系不应视为合乎比例。更确切而言，各个元件可以为了更好的可示出性和/或为了更好的理解性而夸大地示出。
图1A示出了在此描述的器件1的第一实施例的示意性透视图。器件1包括连接支承体2。在此，连接支承体2是具有基本体21的金属芯板，反射性层22施加到基本体21上，反射性层22对于由发射辐射的半导体芯片3在工作中产生的电磁辐射而言是反射性的。例如，反射性层22由铝或者银构成。
在此，五个发射辐射的半导体芯片3设置到连接支承体2上。在此，光电子器件包括四个发射蓝光的、发射辐射的半导体芯片3b以及一个发射红光的半导体芯片3r。
发射蓝光的、发射辐射的半导体芯片3b例如基于InGaN半导体材料系。发射红光的半导体芯片3r基于InGaAlP半导体材料系。
发射辐射的半导体芯片3被成型体7形状配合地包封，在该情况下成型体7由透视的硅树脂构成。
在发射辐射的半导体芯片的工作中，半导体芯片发射蓝光和红光。出于清楚性原因，在图1A中示出了不带转换元件4的光电子器件1。
结合图1B的示意性透视图示出了图1A的实施例的带有转换元件4的光电子器件。转换元件4(例如借助于粘合材料)固定在连接支承体2上。转换元件4拱形结构式地覆盖成型体7以及发射辐射的半导体芯片3。转换元件4由陶瓷材料或者玻璃陶瓷材料构成。例如，转换元件4由陶瓷的发光转换材料构成。
转换元件4部分地吸收蓝色半导体芯片3b所产生的电磁辐射并且将其转换为在黄光光谱范围中的电磁辐射。以该方式，转换元件4发射白色混合光，其由蓝色的未转换过的光和黄色的转换过的光组成。
此外，借助于转换元件4将发射辐射的半导体芯片3r的红光特别均匀地混合到所产生的白光。
于是，转换元件4(除了其作为转换器的特性外)也用作散射光的光学元件，借助于该光学元件实现了特别良好的颜色混合。
于是，光电子半导体器件总体上发射具有红色分量的白光，其中红色分量仅仅为总辐射的小部分。虽然转换器透射大约仅仅85％的红光，光电子部件的效率下降到仅仅大约96％，因为红色分量是所产生的白色混合光的相对小的部分。
结合图2A至2C，借助于示意图进一步阐述在此描述的光电子部件1的另一实施例。与结合图1A和1B阐述的实施例不同，在该实施例中，光电子部件除了包括发射红光的半导体芯片3r和发射蓝光的半导体芯片3b之外还包括发射白光的至少一个半导体芯片3g。发射白光的半导体芯片3g包括在工作中例如发射蓝光的半导体本体30。(例如实施为薄层的)另外的转换元件9施加到半导体本体30的辐射出射面3a上。转换元件9将在半导体本体芯片30中产生的辐射的一部分转换为黄光，使得发射白光的半导体芯片3g总体上发射白色混合光。发射白色混合光的半导体芯片3g是其中在半导体本体30上直接施加有转换元件9的半导体芯片。拱形的转换元件4将白光的蓝色分量至少部分地进一步转换为黄光，使得发射白光的半导体芯片3g所产生的光总体上作为大部分为黄色的光或者黄光离开光电子部件。
例如，借助于发射蓝光的半导体芯片3b、发射红光的半导体芯片3r和发射白光的半导体芯片3g可以实现沿着针对在2700K和6000K之间的相关色温的普朗克曲线的所有色度坐标。
例如可以实现以下光源：
-一种光电子器件，其具有4mm2的蓝色半导体芯片的总辐射出射面，具有2mm2的红色半导体芯片的总辐射出射面并且可选地具有1mm2的白色半导体芯片的总辐射出射面。由此实现具有大约3000K的色温和CRI＞90的显色指数的暖白色光源。可选的白色半导体芯片在平均电流情况下来驱动并且与激励电子装置一起用于将色度坐标CX、CY精确地调节到所希望的白点上。由此消除Binning问题。在此要注意的是：半导体芯片的效率随着电流密度减小。如果例如不变地以350mA的电流强度驱动发射蓝光的半导体芯片3b，则白色半导体芯片在175mA的平均电流强度的情况下来驱动，其中用于调节白点的电流强度在0mA和350mA之间变化。
-一种光电子器件，其具有5mm2的蓝色半导体芯片的总辐射出射面，具有1mm2的红色半导体芯片的总辐射出射面并且可选地具有1mm2的白色半导体芯片的总辐射出射面。由此实现了具有大约6000K的色温和CRI＞90的显色指数和大于100lm/W的效率的冷白色光源。这种冷白色光源在该效率下通常具有CRI＜70的显色指数。
-一种光电子器件，其具有2mm2的蓝色半导体芯片的总辐射出射面，具有2mm2的红色半导体芯片的总辐射出射面并且具有3mm2的白色半导体芯片的总辐射出射面。由此实现了可调节的光源，其具有在普朗克曲线上可调整的、在6000K和2700K之间的色温和CRI＞90的显色指数和针对所有色温均大于90lm/W的效率。
由不同颜色的半导体芯片3r、3b、3g所产生的电磁辐射以及由转换元件4所再发射的电磁辐射的光混合又经由转换元件4来进行。以该方式，可以省去大的光学元件如灯箱或者微透镜阵列。因此，在光电子半导体芯片以及转换元件4之后可以设置有简单实施的反射器23，作为次级光学系统，该反射器例如具有抛物面形地成形的内壁。
此外，光电子部件可以具有连接带12，该连接带可以设置在连接支承体2上，并且经由该连接带可以电接触部件1的发射辐射的半导体芯片，并且借助于该连接带例如也可以将传感器11与设置在部件外部的激励装置连接。
图2B和2C示意性地示出了结合图2A透视性地示出的光电子器件的俯视图或者侧视图。
结合图3的示意性剖面图进一步阐述了在此描述的光电子部件1的另一实施例。在部件的该实施形式中，可以使用半导体芯片以及光学传感器，如例如结合图1和2进一步阐述的那样。
光电子器件包括连接支承体2。在此，连接支承体2是电路板。连接支承体2包括基本体21，该基本体可以由电绝缘材料如陶瓷材料或者塑料材料形成。此外可能的是：基本体21是金属芯板。
反射性层22施加到连接支承体的上侧上。反射性层22形成连接支承体2的反射部。例如，反射性层22由反射性金属如金、银或者铝形成。此外可能的是，反射性层22是布拉格镜。
半导体芯片3施加到连接支承体2上。发射辐射的半导体芯片3是发光二极管芯片。发射辐射的半导体芯片3在连接支承体2上固定并且电连接。
发射辐射的半导体芯片3被成型体7包封。在此，成型体7由硅树脂构成。成型体7例如按半球形方式构建。发射辐射的半导体芯片3在其不朝向连接支承体2的外表面上被成型体7形状配合地包封。成型体7没有发光转换材料。
成型体7设置在具有半径R内的半球面内。在此，半径R内选择为使得发射辐射的半导体芯片的总辐射出射面33a的面积在1/20×π×R内 2和1/2×π×R内 2之间。以该方式减小了如下概率：由转换元件4向回反射或者发射的电磁辐射壁并不射到发射辐射的半导体芯片3的反射相对差的辐射出射面3a上，而是射到反射涂层22上，该电磁辐射又可以被该反射涂层朝着光电子器件1的环境的方向发射。
在成型体7和转换元件4之间设置有间隙6。间隙6填充有空气。在图1的实施例中，间隙6直接邻接成型体7和转换元件4。间隙6尤其用作缓冲器，针对如下情况：成型体7由于在发射辐射的半导体芯片3的工作中的加热而膨胀。由于间隙6而在光电子器件1中保证了：成型体7并不对着转换元件4挤压，这例如会导致转换元件4从连接支承体2脱落并且由此导致从转换元件4至连接支承体2的劣化的导热能力。
转换元件4拱形地覆盖发射辐射的半导体芯片3。转换元件4半球壳形式地构建。转换元件4包括外表面4a和朝向半导体芯片3的内表面4b。转换元件4由陶瓷例如YAG:Ce或者烧结的玻璃陶瓷构成，其中陶瓷的发光转换材料引入到玻璃中。在此，转换元件4自支承地构建，这就是说转换元件4是可以以机械方式支承的结构，其无需另外的辅助元件来得到拱形形式。转换元件4固定在连接支承体2上。在此，转换元件4借助于直接邻接连接支承体和转换元件的、由粘合材料5构成的粘合材料层固定在连接支承体2上。
粘合材料5优选地是以环氧树脂和/或硅树脂形成的粘合材料。在此，粘合材料5可以由所述材料的一种构成或者包含所述材料的一种。
例如也可能的是：所述材料的一种形成粘合材料5的基体材料，在该基体材料中包含有金属颗粒，譬如由银、金或者镍构成的颗粒。于是，这种粘合材料5的特征在与提高的导热能力。
优选地，转换元件4借助于由粘合材料5构成的薄的粘合材料层固定在连接支承体2上。在此，粘合材料层(在制造公差的范围中)具有均匀的厚度。由粘合材料5构成的粘合材料层的厚度优选地在1μm和10μm之间、特别优选地在4μm和6μm之间、例如为5μm。
由粘合材料5构成的这样薄的粘合材料层有助于从转换元件4至连接支承体2的改进的导热。
在发射辐射的半导体芯片的工作中，电磁辐射朝着转换元件4来发射。转换元件4包含发光转换材料或者由发光转换材料构成，该发光转换材料将该辐射的至少一部分转换为其他波长或者其他波长范围的电磁辐射。在此，形成从转换元件4发出给连接支承体2的热。在此，转换元件4的特征尤其在与其为至少1.0W/mK的高导热能力。
由发射辐射的半导体芯片朝外部方向看，在转换元件4之后跟随有耦合输出透镜8。耦合输出透镜8可以由玻璃或者塑料材料譬如硅树脂、环氧化物或者环氧化物-硅树脂混合材料形成。耦合输出透镜8至少对于在可见光谱范围中的辐射是透明的并且尤其没有发光转换材料。
耦合输出透镜8具有半球形的内表面8b，其具有半径R转换。此外，耦合输出透镜8具有外表面8a，其通过具有半径R外的半球面形成。在此，全部半径从点M出发来形成，该点通过中轴10与连接支承体2的安装面的交点来形成。在此，中轴10优选为通过设置在中央的发射辐射的半导体芯片3的辐射出射面3a的中轴，该中轴(在制造公差的范围中)垂直于发射辐射的半导体芯片3的外延生长的层。在此，耦合输出透镜8的内表面8b和外表面8a的半径遵循以下条件：R外≥R转换*n透镜/n空气，其中n透镜是耦合输出透镜8的折射率并且n空气是耦合输出透镜的环境的折射率。
如果满足该条件，则对于由发射辐射的半导体芯片在工作中产生的电磁辐射、对于由转换元件再发射的辐射以及对于由反射性层22所反射的辐射不满足针对在耦合输出透镜8的外表面8a上的全反射的条件。
该光学方案(针对其他种类的光电子器件)也在印刷物DE102007049799.9中予以阐述，其公开内容明确地通过引用结合于此。
结合图4的示意性绘图示出了：借助于在此描述的光电子器件1可以提出一种光源，其可以产生带有高效率和相对高的显色指数(CRI)的在2700K和6000K之间的范围中的相关色温(CCT)的白光。在此，效率对于所有色温均高于100lm/W，显色指数大于90。在此，在转换元件4下使用蓝色的发射辐射的半导体芯片3b和发射白色的半导体芯片3g。
结合图5描述了在3000K的色温情况下的暖白色光源，其除了大于90的高显色指数CRI之外还具有改进的用于显示红光的显色指数R9。为此，光电子器件包含至少一个发射深红色光的半导体芯片，其具有1mm2的总辐射出射面。此外，光电子器件包含至少一个发射蓝光的半导体芯片3b，其具有4mm2的总辐射出射面。光电子器件还包含至少一个发射红光的半导体芯片3r，其具有2mm2的总辐射出射面。
图5A至5C借助于示意图示出了针对值R9＝63、90和98的在此描述的光源的光谱。图5D针对这三个光源借助于柱状图示出了显色指数CRI、显色指数R9以及以lm/W为单位的效率。在此可以看到的是：针对R9＝90的值的效率损耗仅仅为大约10％。针对R9＝98，在效率方面的损耗仅仅为16％。
该专利申请要求德国专利申请10 2008 057 140.7的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
本发明并不通过借助于实施例的描述而局限于其。更确切而言，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，其尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未在权利要求或者实施例中清楚说明。
Claims (14)
1.一种光电子器件(1)，其具有：
-连接支承体(2)，在该连接支承体上设置有至少两个发射辐射的半导体芯片(3)，
-转换元件(4)，该转换元件固定在连接支承体(2)上，其中
-转换元件(4)覆盖所述半导体芯片(3)，使得所述半导体芯片(3)被转换元件(4)和连接支承体(2)围绕，
-所述发射辐射的半导体芯片(3)中的至少两个在由其在工作中发射的电磁辐射的波长方面彼此不同，其中转换元件(4)覆盖所述半导体芯片(3)，
-所述发射辐射的半导体芯片(3)中的至少一个在工作中发射在白光光谱范围中的电磁辐射，以及
-发射白光的半导体芯片(3)包括半导体本体(30)，在该半导体本体之后在辐射出射面上设置有另外的转换元件(9)，所述转换元件(9)将在半导体本体(30)中在工作产生的电磁辐射的至少一部分转换为在黄光光谱范围中的电磁辐射。
2.根据权利要求1所述的光电子器件，其中在所述半导体芯片(3)和转换元件(4)之间设置有至少一个中间区域(6)，所述中间区域填充有气体。
3.根据权利要求1所述的光电子器件，其中在转换元件(4)和连接支承体(2)之间设置有连接装置，该连接装置直接邻接转换元件(4)和连接支承体(2)。
4.根据权利要求1所述的光电子器件，其中转换元件(4)由陶瓷材料或者玻璃陶瓷材料构成。
5.根据权利要求1所述的光电子器件，其中所述发射辐射的半导体芯片(3)中的至少一个在工作中发射在红光光谱范围中的电磁辐射。
6.根据权利要求1所述的光电子器件，其中在连接支承体(2)上固定有光学传感器(11)，光学传感器(11)被转换元件(4)覆盖使得光学传感器(11)被转换元件(4)和连接支承体(2)围绕，其中光学传感器(11)设置为在工作中检测由所述发射辐射的半导体芯片(3)在工作中产生的电磁辐射。
7.根据权利要求1所述的光电子器件，其中所述半导体芯片(3)和光学传感器(11)嵌入在成型体(7)中。
8.根据权利要求7所述的光电子器件，其中中间区域(6)在成型体(7)和转换元件(4)之间延伸，其中中间区域(6)直接邻接成型体(7)。
9.根据权利要求1所述的光电子器件，其中耦合输出透镜(8)邻接所述转换元件的背离所述半导体芯片(3)的外表面(4a)。
10.根据权利要求9所述的光电子器件，其中耦合输出透镜(8)具有：
-内表面(8b)，该内表面朝向所述半导体芯片(3)并且被具有半径R转换的内半球面环绕，以及
-外表面(8a)，该外表面背离所述半导体芯片(3)并且被具有半径R外的外半球面环绕，其中
-半径R转换和R外满足以下条件：R外≥R转换*n透镜/n空气，其中n透镜是耦合输出透镜(8)的折射率并且n空气是耦合输出透镜(8)的环境的折射率。
11.根据权利要求7所述的光电子器件，其中
-成型体(7)被具有半径R内的半球面环绕，
-所述半导体芯片(3)具有带有面积A的总辐射出射面(33a)，以及
-面积A和半径R内满足条件A≤1/2*Pi*R内 2。
12.根据权利要求11所述的光电子器件，其中面积A和半径R内满足条件A≥1/20*Pi*R内 2。
13.根据权利要求1所述的光电子器件，其中转换元件(4)包含发光转换材料或者由发光转换材料构成，发光转换材料基于以下材料中的一种：正硅酸盐、硫代镓酸、硫化物、氮化物、氟化物、石榴石。
14.根据权利要求1所述的光电子器件，其中转换元件(4)包含发光转换材料或者由发光转换材料构成，发光转换材料以以下掺杂材料的一种来活化：Eu3+、Mn2+、Mn4+。
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