DE102006020529A1

DE102006020529A1 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102006020529A1
Application number: DE102006020529A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Strauß; Bert Dr. Braune; Herbert Brunner; Kirstin Dr. rer. nat. Petersen
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-03-01
Also published as: KR20080040788A; JP2009506557A; EP1925035A1; TWI319917B; US20080265268A1; WO2007025516A1; TW200721543A

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement beschrieben, das einen Halbleiterkörper (3), der im Betrieb des optoelektronischen Bauelementes elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert, und ein separates optisches Element (9), das dem Halbleiterkörper (3) in dessen Abstrahlrichtung beabstandet nachgeordnet ist, umfasst. Das optische Element (9) weist mindestens einen ersten Wellenlängenkonversionsstoff (10) auf, der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten verschiedenen zweiten Wellenlänge umwandelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit Wellenlängenkonversionsstoffen.

Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelemente mit Wellenlängenkonversionsstoffen, sind beispielsweise in der Druckschrift WO 97/50132 beschrieben. Ein solches optoelektronisches Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung aussendet und Wellenlängenkonversionsstoffe, die in einer Umhüllung des Halbleiterkörpers eingebracht oder in einer Schicht auf dem Halbleiterkörper angeordnet sind. Die Wellenlängenkonversionsstoffe wandeln einen Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten elektromagnetischen Strahlung in Strahlung anderer, in der Regel größerer Wellenlänge um, derart dass das Bauelement Mischstrahlung aussendet.

Wie beispielsweise in der Druckschrift DE 102 61 428 beschrieben, ist es auch möglich dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper mehrere Schichten mit unterschiedlichen Wellenlängenkonversionsstoffen nachzuordnen, so dass unterschiedliche Anteile der vom strahlungsemittierenden Körper ausgesandten Strahlung mittels unterschiedlicher Wellenlängenkonversionsschichten in Strahlung unterschiedlicher Spektralbereiche umgewandelt werden.

In der Vergangenheit wurde versucht, die Effizienz von optoelektronischen Bauelementen mit Wellenlängenkonversionsstoffen zu verbessern, indem zum einen die Effizienz von Halbleiterkörper und Wellenlängenkonversionsstoff erhöht wurde und zum anderen die Geometrie des Bauelementgehäuses diesbezüglich verbessert wurde.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement mit Wellenlängenkonversionsstoffen anzugeben, das eine hohe Effizienz aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einem Wellenlängenkonversionsstoff anzugeben, das eine hohe Effizienz und zugleich gute Farbwiedergabe aufweist.

Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen des optoelektronischen Bauelementes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 25 angegeben.

Ein optoelektronisches Bauelement mit hoher Effizienz umfasst insbesondere:

– einen Halbleiterkörper, der im Betrieb des optoelektronischen Bauelementes elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert, und
– ein separates optisches Element, das dem Halbleiterkörper in dessen Abstrahlrichtung beabstandet nachgeordnet ist, wobei das optische Element mindestens einen ersten Wellenlängenkonversionsstoff umfasst, der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge umwandelt.

„Beabstandet" bedeutet in dem vorliegenden Zusammenhang insbesondere, dass das optische Element in einer vorgegebenen Art und Weise räumlich getrennt von dem Halbleiterkörper angeordnet ist, wobei zwischen Halbleiterkörper und optischen Element ein definierter Zwischenraum ausgebildet ist, der frei von Wellenlängenkonversionsstoff ist.

Da der erste Wellenlängenkonversionsstoff von dem optischen Element umfasst wird, das beabstandet von dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper angeordnet ist, ist auch der erste Wellenlängenkonversionsstoff beabstandet vom strahlungserzeugenden Halbleiterkörper angeordnet. Im Vergleich zu einem optoelektronischen Bauelement, bei dem der erste Wellenlängenkonversionsstoff direkt angrenzend an den strahlungsemittierenden Halbleiterkörper und insbesondere direkt angrenzend an dessen strahlungsemittierende Vorderseite angeordnet ist, beispielsweise innerhalb einer Umhüllung des Halbleiterkörpers oder einer Schicht, ist die Effizienz des Bauteils vorteilhafterweise erhöht. Außerdem ist es besonders vorteilhaft, den Wellenlängenkonversionsstoff in das optische Element einzubringen, das der Strahlformung dient und im Wesentlichen die Abstrahlcharakteristik des Bauelementes bestimmt, da so in der Regel nicht nur eine erhöhte, sondern auch eine besonders homogene Abstrahlcharakteristik erzielt wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wellenlängenkonversionsstoff Partikel und das optische Element ein Matrixmaterial, in das die Partikel eingebettet sind. Da die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung, sowie die von dem Wellenlängenkonversionsstoff konvertierte Strahlung in der Regel an den Partikeln gestreut wird und da der Wellenlängenkonversionsstoff Strahlung in beliebige Richtungen emittiert, erhöht ein Wellenlängenkonversionsstoff, der Partikel umfasst, in der Regel die Homogenität der Abstrahlcharakteristik des Bauelementes. Weiterhin bietet die von dem Halbleiterkörper beabstandete Anordnung der Partikel des ersten Wellenlängenkonversionsstoffes in einem separaten optischen Elementes mit bestimmter Geometrie den Vorteil, dass weniger Strahlung, insbesondere konvertierte Strahlung, durch Streuung an den Partikeln in den Halbleiterkörper zurückgelenkt und dort absorbiert wird als dies der Fall ist, wenn der Wellenlängenkonversionsstoff in einem direkt an den Halbleiterkörper angrenzenden Wellenlängenkonversionselement, wie beispielsweise einer Schicht oder Umhüllung enthalten ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform stammt die erste Wellenlänge aus dem ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich. Da Wellenlängenkonversionsstoffe Strahlung in der Regel in Strahlung größerer Wellenlängen umwandeln, sind Wellenlängen aus dem kurzwelligen Ende des sichtbaren Spektralbereichs und des ultravioletten Spektralbereichs besonders geeignet, in Verbindung mit Wellenlängenkonversionsstoffen angewendet zu werden.

Ein Halbleiterkörper, der ultraviolette, blaue und/oder grüne Strahlung emittiert, umfasst bevorzugt eine aktive Schichtenfolge, die geeignet ist elektromagnetische Strahlung des jeweiligen Spektralbereiches zu emittieren und die aus einem Verbindungshalbleitermaterial besteht, das auf Nitrid oder Phosphid basiert.

„Verbindungshalbleitermaterial, das auf Nitrid basiert" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Schichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-III-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

„Verbindungshalbleitermaterial, das auf Phosphid basiert" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang äquivalent, dass die aktive Schichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Phosphid-III-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mP-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Die aktive Schichtenfolge des Halbleiterkörpers ist beispielsweise epitakisch gewachsen und umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u.a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.

Als Halbleiterkörper kann z.B. ein Leuchtdiodenchip (kurz „LED-Chip") oder auch ein Dünnfilmleuchtdiodenchip (kurz „Dünnfilm-LED-Chip") verwendet werden. Es sind jedoch auch andere strahlungserzeugende Halbleiterkörper, wie Laserdioden, geeignet, in dem Bauelement verwendet zu werden.

Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich insbesondere durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:

– an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; und
– die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf.

Weiterhin enthält die Epitaxieschichtenfolge bevorzugt mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.

Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambertscher Oberflächenstrahler und eignet sich daher insbesondere für die Anwendung in einem optischen System, wie beispielsweise einem Scheinwerfer.

Stammt die erste Wellenlänge aus dem sichtbaren Spektralbereich, so emittiert das Bauelement bevorzugt polychromatische Mischstrahlung, die Strahlung der ersten Wellenlänge und Strahlung der zweiten Wellenlänge umfasst. Mit dem Begriff „polychromatische Mischstrahlung" wird vorliegend insbesondere Mischstrahlung bezeichnet, die Strahlung verschiedener Farben umfasst. Besonders bevorzugt liegt der Farbort der Mischstrahlung im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel. Durch Wahl und Konzentration des Wellenlängenkonversionsstoffes werden so Bauelemente hergestellt, deren Farbort in weiten Bereichen einstellt werden kann.

Besonders bevorzugt wird ein Halbleiterkörper verwendet, der Strahlung des blauen Spektralbereiches emittiert, in Verbindung mit einem Wellenlängenkonversionsstoff, der diese blaue Strahlung in gelbe Strahlung umwandelt. Auf diese Art und Weise wird ein optoelektronisches Bauelement erzielt, das Mischstrahlung mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet.

Emittiert der Halbleiterkörper jedoch nur nicht-sichtbare Strahlung, beispielsweise aus dem UV-Bereich, so wird eine möglichst vollständige Konversion dieser Strahlung angestrebt, da diese nicht zur Helligkeit des Bauelementes beiträgt. Im Fall von kurzwelliger Strahlung, wie UV-Strahlung, kann diese sogar das menschliche Auge schädigen. Aus diesem Grund sind bei solchen Bauelementen bevorzugt Maßnahmen vorgesehen, die verhindern sollen, dass das Bauelement kurzwellige Strahlung aussendet. Solche Maßnahmen können z.B. Absorberpartikel oder reflektierende Elemente sein, die dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers nachgeordnet sind und die unerwünschte kurzwellige Strahlung absorbieren oder zurück zu dem Wellenlängenkonversionsstoff reflektieren.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass, wie auch untenstehend noch näher erläutert wird, ein Bauelement auch in dem Fall, dass der Halbleiterkörper nur nicht-sichtbare Strahlung emittiert, polychromatische Mischstrahlung emittieren kann. Hierzu werden mindestens zwei verschiedene Wellenlängekonversionsstoffe verwendet, die einfallende Strahlung in unterschiedliche Wellenlängen umwandeln. Sendet der Halbleiterkörper nur nicht-sichtbare Strahlung aus, so ist diese Ausführungsform gegenüber der Umwandlung der nicht-sichtbaren Strahlung in nur eine zweite Wellenlänge besonders vorteilhaft. Umfasst das Bauelement mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe, so werden Maßnahmen, die verhindern sollen, dass das Bauelement kurzwellige Strahlung aussendet, bevorzugt allen Wellenlängenkonversionsstoffen in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers nachgeordnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes ist der Halbleiterkörper mit einer Umhüllung versehen, die durchlässig ist für die Strahlung, die das Bauelement aussendet. Der Halbleiterkörper kann hierbei in einer Ausnehmung eines Bauelementgehäuses, wie beispielsweise einer Reflektorwanne, angeordnet sein. Alternativ kann der Halbleiterkörper auch auf einer Leiterplatte oder auch auf einem Kühlelement einer Leiterplatte montiert sein. Die Umhüllung dient zum einen dem Schutz des Halbleiterkörpers. Zum anderen ist die Umhüllung bevorzugt so angeordnet, dass sie den Zwischenraum zwischen dem optischen Element und dem Halbleiterkörper füllt und daher Brechungsindexsprünge auf dem Weg der Strahlung vom Halbleiterkörper zum optischen Element vermindert und so Strahlungsverluste auf Grund von Reflektion an Grenzflächen vorteilhafterweise verringert werden.

Bevorzugt enthält die Umhüllung ein Matrixmaterial, das ein Silikonmaterial, ein Epoxymaterial, ein Hybridmaterial oder ein Brechungsindex angepasstes Material umfasst. Unter einem Brechungsindex-angepassten Material wird ein Material verstanden, dessen Brechungsindex zwischen den Brechungsindizes der angrenzenden Materialien liegt, in dem vorliegenden Zusammenhang also zwischen dem Brechungsindex des Halbleiterkörpers und dem Brechungsindex des Matrixmaterials des optischen Elementes.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes umfasst die Umhüllung mindestens einen vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenkonversionsstoff. Der zweite Wellenlängenkonversionsstoff wandelt bevorzugt die Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten Wellenlänge und von der zweiten Wellenlänge verschiedenen dritten Wellenlänge um, derart, dass das Bauelement Mischstrahlung der zweiten Wellenlänge, der dritten Wellenlänge und ggf. der ersten Wellenlänge aussendet.

Durch die räumlich voneinander getrennte Anordnung des ersten Wellenlängenkonversionsstoffes und des zweiten Wellenlängekonversionsstoffes wird insbesondere die Absorption von bereits durch einen der Wellenlängenkonversionsstoffe umgewandelten Strahlung durch den jeweils anderen Wellenlängenkonversionsstoff reduziert. Diese Gefahr besteht insbesondere, wenn der eine Wellenlängenkonversionsstoff die Strahlung in eine Wellenlänge umwandelt, die nahe der Anregungswellenlänge des anderen Wellenlängenkonversionsstoffes liegt. Die beschriebene Anordnung und räumliche Trennung der beiden Wellenlängenkonversionsstoffe erhöht die Effizienz des Bauteils sowie die Homogenität des Farbeindruckes und die Reproduzierbarkeit dieser Parameter bei der Massenfertigung.

Weiterhin eignet sich für diese Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes insbesondere ein Halbleiterkörper, der nur nicht-sichtbare Strahlung aus dem ultravioletten Bereich emittiert. In diesem Fall wird bevorzugt ein Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung durch den zweiten Wellenlängenkonversionsstoff in der Umhüllung in Strahlung der dritten Wellenlänge umgewandelt. Ein weiterer Teil und ggf. der verbleibende Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung, der entsprechend die Umhüllung unkonvertiert durchläuft, wird durch den ersten Wellenlängenkonversionsstoff in dem optischen Element in Strahlung der zweiten Wellenlänge umgewandelt, so dass das Bauelement polychromatische Mischstrahlung aus Strahlung der zweiten und der dritten Wellenlänge aussendet.

Auch bei dieser Ausführungsform umfasst der zweite Wellenlängenkonversionsstoff bevorzugt Partikel, die in dem Matrixmaterial der Umhüllung eingebettet sind.

Weiterhin sind der Halbleiterkörper und die beiden Wellenlängenkonversionsstoffe bei dieser Ausführungsform bevorzugt so aufeinander abgestimmt, dass die Strahlung der ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich stammt und der zweite Wellenlängekonversionsstoff einen Teil dieser blauen Strahlung in rote Strahlung und der erste Wellenlängenkonversionsstoff einen weiteren Teil der verbleibenden blauen Strahlung in grüne Strahlung umwandelt, so dass das Bauelement weiße Mischstrahlung mit roten, grünen und blauen Anteilen aussendet. Durch Anpassung der Menge der Wellenkonversionsstoffe kann der Farbort der weißen Mischstrahlung hierbei besonders gut an einen gewünschten Wert angepasst werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Umhüllung und dem optischen Element eine Koppelschicht angeordnet, die ein Brechungsindex-angepasstes Material umfasst, dessen Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex der Umhüllung und dem Brechungsindex des Matrixmaterials des optischen Elementes liegt, so dass Strahlungsverluste auf Grund von Reflektionen an den Grenzflächen vorteilhafterweise vermindert werden. Weiterhin kann die Koppelschicht auch zur mechanischen Verbindung von Umhüllung und optischem Element dienen.

Zusätzlich oder alternativ zu dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff in der Umhüllung kann weiterhin auf dem Halbleiterkörper eine Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht sein, die mindestens einen von dem ersten und ggf. von dem zweiten verschiedenen dritten Wellenlängenkonversionsstoff umfasst. Dieser dritte Wellenlängenkonversionsstoff wandelt bevorzugt die Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer vierten Wellenlänge um, derart, dass das Bauelement Mischstrahlung der dritten, der vierten, ggf. der zweiten und ggf. der ersten Wellenlänge aussendet.

Ist die Wellenlängenkonversionsschicht auf dem Halbleiterkörper alternativ zu dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff in der Umhüllung verwendet, werden wiederum der Halbleiterkörper und die beiden Wellenlängenkonversionsstoffe so aufeinander abgestimmt, dass die Strahlung der ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich stammt, der dritte Wellenlängenkonversionsstoff einen Teil dieser Strahlung in rote Strahlung und der erste Wellenlängenkonversionsstoff einen weiteren Teil der verbleibenden Strahlung in grüne Strahlung umwandelt, so dass das Bauelement weiße Mischstrahlung mit roten, grünen und blauen Anteilen aussendet.

Die Wellenlängenkonversionsschicht, wie oben beschrieben, muss nicht zwingend auf dem Halbleiterkörper angeordnet sein. Vielmehr kann eine Wellenlängenkonversionsschicht auch zwischen der Umhüllung und dem optischen Element angeordnet sein. Weiterhin ist es möglich, dass das Bauelement nicht nur eine Wellenlängenkonversionsschicht, sondern mehrere Wellenlängenkonversionsschichten, bevorzugt jeweils mit unterschiedlichen Wellenlängenkonversionsstoffen, aufweist.

Ist die Wellenlängenkonversionsschicht zusätzlich zu dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff in der Umhüllung verwendet, so dass insgesamt mindestens drei verschiedene Wellenlängenkonversionsstoffe in dem Bauelement verwendet sind, so wird bevorzugt ein Halbleiterkörper verwendet, der nicht-sichtbare Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich aussendet. Ein Teil der nicht-sichtbare Strahlung des Halbleiterkörpers wird dann, bevorzugt durch den dritten Wellenlängenkonversionsstoff der Wellenlängenkonversionsschicht auf dem Halbleiterkörper in Strahlung des roten Spektralbereiches umgewandelt, während ein weiterer Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten nicht-sichtbaren Strahlung die Wellenlängenkonversionsschicht unkonvertiert passiert und ein weiterer Teil dieser unkonvertierten Strahlung von dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff in der Umhüllung in Strahlung des grünen Spektralbereiches umgewandelt wird. Ein weiterer Teil der nicht-sichtbaren Strahlung durchläuft wiederum unkonvertiert die Umhüllung. Der letzte Teil der nicht-sichtbaren Strahlung, der die Umhüllung unkonvertiert durchläuft wird dann, bevorzugt vollständig, in blaue Strahlung umgewandelt, so dass das Bauelement Mischstrahlung aus dem roten, dem grünen und dem blauen Spektralbereich mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet. Abhängig vom gewünschten Farbort der Mischstrahlung sind auch andere Spektralbereiche, in die Strahlung des Halbleiterkörpers jeweils konvertiert wird, denkbar.

Die Verwendung mindestens dreier Wellenlängenkonversionsstoffe in Verbindung mit einem Halbleiterkörper, der Strahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich aussendet, kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn ein bestimmter Farbort der von dem Bauelement ausgesendeten Mischstrahlung angestrebt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der Wellenlängenkonversionsschicht konstant, da dann die Weglänge der Strahlung innerhalb der Wellenlängenkonversionsschicht vereinheitlich wird. Dies führt vorteilhafterweise zu einer Homogenisierung des Farbeindruckes des optoelektronischen Bauelementes.

Umfasst das Bauelement eine Wellenlängenkonversionsschicht mit einem dritten Wellenlängenkonversionsstoff, so umfasst die Wellenlängenkonversionsschicht wiederum bevorzugt ein Matrixmaterial und der dritte Wellenlängenkonversionsstoff Partikel, die in dem Matrixmaterial eingebettet sind.

Das Matrixmaterial der Wellenlängenkonversionsschicht weist in der Regel ein transparent aushärtbares Polymer auf, wie z.B. ein Epoxid, ein Acrylat, ein Polyester, ein Polyimid, ein Polyurethan oder auch ein Chlor aufweisendes Polymer, wie etwa ein Polyvenylchlorid oder bestehen aus einem solchen. Weiterhin sind auch Mischungen der oben genannten Materialien sowie Silikone und Hybridmaterialien, die in der Regel Mischformen aus Silikonen, Epoxiden sowie Acrylaten darstellen, geeignet, als Matrixmaterial verwendet zu werden. Generell sind Polymere als Matrixmaterial geeignet, die Polysiloxanketten enthalten.

Bei Verwendung mehrerer räumlich voneinander getrennt angeordneter Wellenlängenkonversionsstoffe, werden diese bevorzugt so angeordnet, dass die Wellenlänge, in die die Strahlung der ersten Wellenlänge von dem jeweiligen Wellenlängekonversionsstoff konvertiert wird, vom Halbleiterkörper her gesehen in dessen Abstrahlrichtung jeweils kürzer ist als die Wellenlänge, in die der bezüglich der Abstrahlrichtung des Halbleiterchips vorangehende Wellenlängenkonversionsstoff die Strahlung der ersten Wellenlänge konvertiert. So wird die Absorption von bereits konvertierter Strahlung durch einen in Abstrahlrichtung des Halbleiterchips nachgeordneten Wellenlängenkonversionsstoff besonders effektiv vermieden.

Der erste, zweite und dritte Wellenlängenkonversionsstoff ist beispielsweise aus der Gruppe gewählt, die durch die folgenden Stoffe gebildet wird: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride.

Besonders bevorzugt ist als erster, zweiter oder dritter Wellenlängenkonversionsstoff ein Ce-dotierter YAG-Wellenlängenkonversionsstoff (YAG:Ce) verwendet.

Bevorzugt ist das optische Element eine Linse, besonders bevorzugt eine konvexe Linse. Das optische Element dient dazu, die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelementes auf eine gewünschte Art und Weise auszubilden. Hierzu können sphärische Linsen oder asphärische Linsen, beispielsweise elliptische Linsen eingesetzt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass andere optische Elemente zur Strahlformung verwendet werden, wie beispielsweise ein Vollkörper, der pyramiden- oder kegelstumpfförmig oder nach Art eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators, eines zusammengesetzten elliptischen Konzentrators oder eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators ausgebildet ist.

Das optische Element umfasst als Matrixmaterial für die Partikel des Wellenlängenkonversionsstoffes beispielsweise ein Material das aus der Gruppe ausgewählt ist, die durch die folgenden Stoffe gebildet wird: Glas, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), cyclische Olefine (COC), Silikone und Polyacrylesterimid (PMMI).

Besonders bevorzugt ist der jeweilige Wellenlängenkonversionsstoff im Wesentlichen homogen in dem Matrixmaterial des optischen Elementes und/oder dem Matrixmaterial der Umhüllung und/oder dem Matrixmaterial der Wellenlängenkonversionsschicht verteilt. Eine im Wesentlichen homogene Verteilung des Wellenlängenkonversionsstoffes führt vorteilhafterweise in der Regel zu einer sehr homogenen Abstrahlcharakteristik und zu einem sehr homogenen Farbeindruck des optoelektronischen Bauelementes. Der Ausdruck „im Wesentlichen homogen" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Partikel des Wellenlängenkonversionsstoffes so gleichmäßig in dem jeweiligen Matrixmaterial verteilt sind, wie es im Rahmen der technischen Machbarkeit möglich und sinnvoll ist. Insbesondere bedeutet es, dass die Partikel nicht agglomeriert sind.

Allerdings ist es nicht auszuschließen, dass, z.B. auf Grund von Sedimentation der Partikel während des Aushärtens des jeweiligen Matrixmaterials, eine geringfügige Abweichung der Anordnung der Partikel in dem Matrixmaterial von einer idealen Gleichverteilung auftritt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial des optischen Elementes und/oder das Matrixmaterial der Umhüllung und/oder das Matrixmaterial der Wellenlängenkonversionsschicht Licht streuende Partikel. Diese können vorteilhafterweise die Abstrahlcharakteristik homogenisieren oder die optischen Eigenschaften des Bauteils auf gewünschte Art und Weise beeinflussen.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Halbleiterkörper in der Regel nicht Strahlung einer einzigen ersten Wellenlänge aussendet, sondern Strahlung mehrerer unterschiedlicher erster Wellenlängen, die bevorzugt von einem gemeinsamen ersten Wellenlängenbereich umfasst werden. Der erste, zweite oder dritte Wellenlängenkonversionsstoff wandelt Strahlung zumindest von einer einzigen ersten Wellenlänge in Strahlung mindestens einer weiteren, zweiten, dritten oder vierten Wellenlänge um. In der Regel wandelt der erste, zweite oder dritte Wellenlängenkonversionsstoff Strahlung mehrerer erster Wellenlängen, die bevorzugt von einem ersten Wellenlängenbereich umfasst werden, in Strahlung mehrerer weiterer, zweiter, dritter oder vierter Wellenlängen um, die wiederum bevorzugt von einem weiteren gemeinsamen zweiten, dritten oder vierten Wellenlängenbereich umfasst werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von fünf Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den 1A und 1B, sowie 2 bis 6 näher erläutert.
Es zeigen:
1A, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
1B, schematische Schnittdarstellung durch ein Bauelementgehäuse für das optoelektronischen Bauelement gemäß 1A,
2 bis 5, schematische Schnittdarstellung optoelektronischer Bauelemente gemäß vier weiterer Ausführungsbeispiele, und
6, schematische Explosionsdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichtdicken, zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1A umfasst ein Bauelementgehäuse 1 mit einer Ausnehmung 2, in die ein Leuchtdiodenchip 3 auf einen Chipmontagebereich 4 montiert ist. Vorliegend wird als „Vorderseite" des Leuchtdiodenchips und des optoelektronischen Bauelementes jeweils die strahlungsemittierende Seite bezeichnet und als „Rückseite", jeweils die der Vorderseite gegenüberliegende Seite.
Wie in 1B gezeigt, weist das Bauelementgehäuse 1 einen Grundkörper 5 und einen Leiterrahmen 6 auf. Der Leiterrahmen 6 umfasst ein thermisches Anschlussteil 61 und zwei schwingenförmige elektrische Anschlussteile 62, 63, die seitlich aus dem Grundkörper 5 herausragen. Das thermische Anschlussteil 61 ist weiterhin auch elektrisch leitfähig und bildet die Bodenfläche des Chipmontagebereichs 4. Das eine elektrische Anschlussteil 62 ist mit dem thermischen Anschlussteil 61 elektrisch leitend verbunden, während das andere elektrische Anschlussteil 63 mit einem Drahtanschlussbereich 7 des Grundkörpers 5 elektrisch leitend verbunden ist. Der Leuchtdiodenchip 3 wird bei der Montage auf den Chipmontagebereich 4 rückseitig mit dem thermisch leitfähigen Anschlussteil 61 elektrisch leitend verbunden und in einem weiteren Montageschritt vorderseitig mit Hilfe eines Bonddrahtes elektrisch mit dem Drahtanschlussbereich 7 kontaktiert (nicht dargestellt). Bei dem Bauelementgehäuse 1 der 1B ist die Ausnehmung 2, in die der Leuchtdiodenchip 3 montiert ist, als Reflektorwanne ausgebildet, die der Strahlformung dient.
Ein geeignetes Bauelementgehäuse 1 ist in der Druckschrift WO 02/084749 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei dem Halbleiterchip handelt es sich vorliegend um einen Leuchtdiodenchip 3 auf Basis von Galliumnitrid, der elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge, etwa im blauen Spektralbereich, aussendet. Die Ausnehmung 2 des Bauelementgehäuses 1, in die der Leuchtdiodenchip 3 montiert ist, ist mit einer Umhüllung 8 gefüllt, die z.B. eine Silikonmasse als Matrixmaterial 81 umfasst. Der Umhüllung 8 ist in Abstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips 3 eine separat gefertigte Linse 9 nachgeordnet, die auf dem Grundkörper 5 des Bauelementgehäuses 1 montiert ist. Die Linse 9 umfasst vorliegend Polycarbonat als Matrixmaterial 91. Als Matrixmaterial 91 der Linse 9 ist sind aber auch Silikone, PAAI oder Polyurethan (PU) geeignet. Weiterhin umfasst die Linse 9 im Inneren Partikel eines ersten Wellenlängenkonversionsstoffes 10, der die Strahlung mit der ersten Wellenlänge des Leuchtdiodenchips 3, also beispielsweise aus dem blauen Spektralbereich, teilweise in Strahlung einer zweiten Wellenlänge, etwa aus dem gelben Spektralbereich, umwandelt, so dass das Bauelement insgesamt weiße Strahlung von seiner Vorderseite aussendet. Die Partikel des ersten Wellenlängenkonversionsstoffes 10 sind hierbei im Wesentlichen homogen und nicht agglomeriert in dem Matrixmaterial der Linse 9 verteilt. Als erster Wellenlängenkonversionsstoff 10 kann beispielsweise YAG:Ce verwendet werden.
Vorliegend erhöht die beabstandete Anordnung des ersten Wellenlängenkonversionsstoffes 10 in dem optischen Element 9 insbesondere auch die Rückstreuung konvertierter Strahlung an den Partikeln des ersten Wellenlängenkonversionsstoffs 10 zu der als Reflektorwanne ausgebildeten Ausnehmung 2 vorteilhafterweise, wodurch die Effizienz des Bauteils erhöht wird.
Bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der 2 ist im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß der 1A und 1B eine Koppelschicht 11 zwischen der Linse 9 und der Umhüllung 8 bzw. dem Grundkörper 5 des Bauelementgehäuses 1 angeordnet. Weiterhin befindet sich ein zweiter Wellenlängenkonversionsstoff 12 eingebettet in das Matrixmaterial 81 der transparenten Umhüllung 8 des Leuchtdiodenchips 3, die die Ausnehmung 2 des Grundkörpers 5 füllt. Die Koppelschicht 11 umfasst ein Material auf Silikonbasis und weist einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,5 auf. Neben der Aufgabe, den Brechungsindexsprung zwischen dem Matrixmaterial 81 der Umhüllung 8 und dem Matrixmaterial 91 der Linse 9 zu vermindern, hat die Koppelschicht 11 vorliegend auch die Aufgabe, die Linse 9 auf der Umhüllung 8 beziehungsweise dem Grundkörper 5 des Bauelementgehäuses 1 mechanisch zu fixieren.
Im Unterschied zu dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff 10 in 1, wandelt der erste Wellenlängenkonversionsstoff 10 der 2 einen Teil der blauen Strahlung des Leuchtdiodenchips 3 in Strahlung einer zweiten Wellenlänge um, die beispielsweise im grünen Spektralbereich liegt, während der zweite Wellenlängenkonversionsstoff 12 einen Teil der Strahlung des Leuchtdiodenchips 3 mit einer ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich in Strahlung einer dritten Wellenlänge, beispielsweise aus dem roten Spektralbereich, umwandelt. Das Bauelement gemäß der 2 emittiert polychromatische Mischstrahlung, die vom zweiten Wellenlängenkonversionsstoff 12 konvertierte rote Strahlung, vom ersten Wellenlängenkonversionsstoff 10 konvertierte grüne Strahlung und unkonvertierte blaue Strahlung des Leuchtdiodenchips 3 umfasst. Der Farbort dieser Mischstrahlung liegt hierbei im weißen Bereich der CIE-Norm-Farbtafel. Als erster Wellenlängenkonversionsstoff 10, der geeignet ist, einen Teil der blauen Strahlung in Strahlung aus dem grünen Spektralbereich umzuwandeln, kann beispielsweise ein grün emittierendes Eu-dotiertes Nitrid verwendet werden, während als zweiter Wellenlängenkonversionsstoff 12, der geeignet ist, einen Teil der blauen Strahlung in Strahlung aus dem roten Spektralbereich umzuwandeln, ein rot emittierendes Eu-dotiertes Nitrid eingesetzt werden kann.
Auch bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 sind zwei Wellenlängenkonversionsstoffe 10, 14 verwendet. Wie bei den beiden vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen befindet sich der erste Wellenlängenkonversionsstoff 10 im Wesentlichen homogen verteilt in dem Matrixmaterial 91 der Linse 9. Wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wandelt der erste Wellenlängenkonversionsstoff 10 die Strahlung der ersten Wellenlänge des Leuchtdiodenchips 3 aus dem blauen Spektralbereich teilweise Strahlung einer zweiten Wellenlänge, etwa aus dem grünen Spektralbereich um. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2, befindet sich in dem Matrixmaterial 81 der Umhüllung 8 des Leuchtdiodenchips 3 jedoch kein Wellenlängenkonversionsstoff. Stattdessen ist auf der Vorderseite des Leuchtdiodenchips 3 eine Wellenlängenkonversionsschicht 13 aufgebracht, die ein Matrixmaterial 131 umfasst, in das ein dritter Wellenlängenkonversionsstoff 14 eingebettet ist. Der dritte Wellenlängenkonversionsstoff 14 wandelt einen weiteren Teil der vom Leuchtdiodenchip 3 emittierten Strahlung der ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich in Strahlung einer vierten Wellenlänge, etwa aus dem roten Spektralbereich, um.
Die Dicke der Wellenlängenkonversionsschicht 13 mit dem dritten Wellenlängenkonversionsstoff 14 ist vorliegend im Wesentlichen konstant, so dass die Weglänge der blauen Strahlung in der Wellenlängenkonversionsschicht 13 im Wesentlichen konstant ist und der Anteil der vom dritten Wellenlängenkonversionsstoff 14 konvertierten Strahlung nicht von der Position der konvertierenden Partikel in der Wellenlängenkonversionsschicht 13 abhängt. Dies trägt zu einem homogenen Farbeindruck des Bauelementes bei. Wie das Bauelement gemäß 2 sendet das Bauelement gemäß 3 Mischstrahlung mit blauen, roten und grünen Spektralanteilen aus, deren Farbort im weißen Bereich der CIE-Norm-Farbtafel liegt.
Bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 ist im Unterschied zu den oben genannten Ausführungsbeispielen ein Leuchtdiodenchip 3 verwendet, der Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem ultravioletten Spektralbereich aussendet. Weiterhin sind bei diesem Bauelement drei Wellenlängenkonversionsstoffe 10, 12, 14 verwendet, von denen jeder einen Teil dieser ultravioletten Strahlung in einen anderen Spektralbereich des sichtbaren Lichtes umwandelt. Der erste Wellenlängenkonversionsstoff 10 ist wiederum im Wesentlichen homogen in dem Matrixmaterial 91 der Linse 9 verteilt und wandelt einen Teil der ultravioletten Strahlung in Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem sichtbaren blauen Spektralbereich um. Der zweite Wellenlängenkonversionsstoff 12, der ebenfalls im Wesentlichen homogen verteilt, in dem Matrixmaterial 81 der Umhüllung 8 enthalten ist, wandelt einen weiteren Teil der ultravioletten Strahlung des Leuchtdiodenchips 3 in Strahlung einer dritten Wellenlänge, etwa aus dem sichtbaren grünes Spektralbereich, um. Der restliche Teil der vom Leuchtdiodenchip 3 emittierten ultravioletten Strahlung wird von einem dritten Wellenlängenkonversionsstoff 14, der sich in einer Wellenlängenkonversionsschicht 13 auf dem Leuchtdiodenchip 3 befindet, in Strahlung einer vierten Wellenlänge aus dem sichtbaren roten Spektralbereich umgewandelt. Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 2 und 3 emittiert das Bauelement weiße Mischstrahlung, die rote, grüne und blaue Spektralanteile umfasst. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 wird die Strahlung des Leuchtdiodenchips 3, jedoch idealerweise vollständig durch die Wellenlängenkonversionsstoffe 10, 12, 14 in sichtbares Licht umgewandelt.
Als erster Wellenlängenkonversionsstoff 10, der geeignet ist, einen Teil der ultravioletten Strahlung in Strahlung aus dem blauen Spektralbereich umzuwandeln, kann beispielsweise ein Barium-Magnesium-Aluminat verwendet werden, während als zweiter Wellenlängenkonversionsstoff 12, der geeignet ist, einen Teil der ultravioletten Strahlung in Strahlung aus dem grünen Spektralbereich umzuwandeln, ein grün emittierendes Eu-dotiertes Nitrid eingesetzt werden kann. Als dritter Wellenlängenkonversionsstoff 14, der geeignet ist, Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich in Strahlung aus dem roten Spektralbereich umzuwandeln kann beispielsweise ein rot emittierendes Eu-dotiertes Nitrid verwendet sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 umfasst das Bauelement neben einem ersten Wellenlängenkonversionsstoff 10, der in der Linse 9 enthalten ist, zwei weitere Wellenlängenkonversionsstoffe 12 (im folgenden zweite Wellenlängenkonversionsstoffe genannt), die in einer ersten und einer zweiten Wellenlängenkonversionsschicht 13 zwischen der Umhüllung 8 des Leuchtdiodenchips 3 und der Linse 9 angeordnet sind. Der Leuchtdiodenchip 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel geeignet, Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich auszusenden. Der zweite Wellenlängenkonversionsstoff 12 der ersten Wellenlängenkonversionsschicht 13, die auf der Umhüllung 8 des Leuchtdiodenchips 3 angeordnet ist, wandelt vom Leuchtdiodenchip 3 erzeugte Strahlung der ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich in Strahlung einer vierten Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich um. Ein Teil der vom Leuchtdiodenchip 3 ausgesandten blauen Strahlung durchläuft unkonvertiert die erste Wellenlängenkonversionsschicht 13 und trifft auf die zweite Wellenlängenkonversionsschicht 13, die auf der zweiten Wellenlängenkonversionsschicht 13 angeordnet ist. Die zweite Wellenlängenkonversionsschicht 13 umfasst einen weiteren zweiten Wellenlängenkonversionsstoff 12, der geeignet ist, einen weiteren Teil der von dem Leuchtdiodenchip 3 emittierten Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer weiteren zweiten Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich umzuwandeln. Ein weiterer Teil der von dem Leuchtdiodenchip 3 emittierten blauen Strahlung durchläuft auch die zweite Wellenlängenkonversionsschicht 13 unkonvertiert und wird von dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff 10 in dem optischen Element 9 in Strahlung einer zweiten Wellenlänge aus dem grünen Spektralbereich konvertiert. Ein Teil der von dem Leuchtdiodenchip 3 ausgesandten Strahlung der ersten Wellenlänge durchläuft wiederum unkonvertiert das optische Element 9. Das Bauelement emittiert somit Mischstrahlung, die Strahlung aus dem gelben, grünen, blauen und roten Spektralbereich aussendet. Durch Bemischen von Strahlung aus dem gelben Spektralbereich ist es möglich, den Farbort der mischfarbigen Strahlung im warmweißen Bereich der CIE-Normfarbtafel einzustellen.
Das Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 weist im Unterschied zu den oben beschriebenen Bauelementen kein Bauelementgehäuse 1 auf. Bei dieser Ausführungsform sind vier Leuchtdiodenchips 3 in einem Aluminiumrahmen 15 auf einer Wärmesenke 16 montiert, die sich ihrerseits auf einer Leiterplatte 17, vorliegend eine Metallkernplatine, befindet. Die Wärmesenke 16 ist aus einem gut wärmeleitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, und dient dazu, die Wärme, die beim Betrieb der Leuchtdiodenchips 3 entsteht, von diesen abzuleiten. Dem Aluminiumrahmen 15 mit den Leuchtdiodenchips 3 ist in Abstrahlrichtung der Leuchtdiodenchips 3 eine separat gefertigte Linse 9 nachgeordnet, die einen ersten Wellenlängenkonversionsstoff 10 aufweist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1A, senden die Leuchtdiodenchips 3 Strahlung einer ersten Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich aus, die von dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff 10 teilweise in Strahlung einer zweiten Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich umgewandelt wird, so dass das Bauelement polychromatische Mischstrahlung mit gelben und blauen Spektralanteilen aussendet.
Die Verwendung des Aluminiumrahmens 15 bei dem vorliegenden Bauelement ist optional. Er ist dazu geeignet, mit einer Umhüllung 8 gefüllt zu werden (nicht dargestellt), die dem Schutz der Leuchtdiodenchips 3 dient, sowie den Brechungsindexsprung zwischen Leuchtdiodenchips 3 und ihrer Umgebung verringert. Weiterhin kann in der Umhüllung 8, wie anhand der 2 und 4 beschrieben, ein zweiter Wellenlängenkonversionsstoff 12 enthalten sein.
Weiterhin können die inneren Flanken des Aluminiumrahmens 15 als Reflektoren ausgebildet sein, die der Strahlformung dienen.
Zur rückseitigen elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiodenchips 3 sind auf der Wärmesenke 16 elektrisch leitfähige Kontaktbereiche 18 vorgesehen, die durch Bonddrähte mit jeweils einem korrespondierenden elektrischen Anschlussbereich 19 auf der Leiterplatte 17 seitlich der Wärmesenke 16 elektrisch leitend verbunden sind. Vorderseitig werden die Leuchtdiodenchips 3 ebenfalls mit einem Bonddraht mit einem korrespondierenden elektrischen Anschlussbereich 19 elektrisch leitend verbunden.
Die elektrischen Anschlussbereiche 19 sind durch Leiterbahnen 20 mit weiteren elektrischen Anschlussbereichen 21 verbunden, die eine elektrische Verbindung zu Pins 22 eines externen Anschlussteils 23 herstellen. Das elektrische Anschlussteil 23 ist dazu geeignet, mit einem Stecker nach außen kontaktiert zu werden.
Zur Montage des optoelektronischen Bauelementes sind auf der Leiterplatte 17 weiterhin Bohrungen 24 für Passstifte vorgesehen. Außerdem umfasst die Leiterplatte 17 Varistoren 25 zum Schutz des Bauteils vor elektrostatischen Entladungen (ESD-Schutz).
Die separate Linse 9 umfasst vorliegend weiterhin integrierte Stifte 92, die beim Aufsetzten der Linse 9 auf den Aluminiumrahmen 15 in korrespondierende Bohrungen 26 der Leiterplatte 17 eingreifen und dort verrasten, so dass die Linse 9 fixiert ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Insbesondere ist die Erfindung nicht auf bestimmte Wellenlängenkonversionsstoffe, Wellenlängen, strahlungserzeugende Halbleiterkörper oder optische Elemente beschränkt.

Claims

Optoelektronisches Bauelement mit: – einem Halbleiterkörper (3), der im Betrieb des optoelektronischen Bauelementes elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert, und – einem separaten optischen Element (9), das dem Halbleiterkörper (3) in dessen Abstrahlrichtung beabstandet nachgeordnet ist, wobei das optische Element (9) mindestens einen ersten Wellenlängenkonversionsstoff (10) umfasst, der Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge umwandelt.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem – der erste Wellenlängenkonversionsstoff (10) Partikel umfasst, und – das optische Element (9) ein Matrixmaterial (91) aufweist, in das die Partikel des ersten Wellenlängenkonversionsstoffes (10) eingebettet sind.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die erste Wellenlänge aus dem ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich stammt.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Bauelement polychromatische Mischstrahlung aussendet, die Strahlung der ersten Wellenlänge und Strahlung der zweiten Wellenlänge umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 4, bei dem die Mischstrahlung einen Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aufweist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Wellenlänge aus dem blauen Spektralbereich und die zweite Wellenlänge aus dem gelben Spektralbereich stammen.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Halbleiterkörper (3) mit einer für die Strahlung des Bauelementes durchlässigen Umhüllung (8) versehen ist.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 7, bei dem die Umhüllung (8) ein Matrixmaterial (81) enthält, das ein Silikonmaterial und/oder ein Brechungsindex angepasstes Material umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Umhüllung (8) mindestens einen vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenkonversionsstoff (12) umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 9, bei dem der zweite Wellenlängenkonversionsstoff (12) Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten und von der zweiten Wellenlänge verschiedenen dritten Wellenlänge umwandelt, derart dass das Bauelement Mischstrahlung aussendet, die Strahlung der zweiten Wellenlänge, der dritten Wellenlänge und ggf. der ersten Wellenlänge umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der zweite Wellenlängenkonversionsstoff (12) Partikel umfasst, die in dem Matrixmaterial (81) der Umhüllung (8) eingebettet sind.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem zwischen der Umhüllung (8) und dem separaten optische Element (9) eine Koppelschicht (11) mit einem Brechungsindex angepassten Material angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf den Halbleiterkörper (3) eine Wellenlängenkonversionsschicht (13) aufgebracht ist, die mindestens einen vom ersten und ggf. vom zweiten Wellenlängenkonversionsstoff (10, 12) verschiedenen dritten Wellenlängenkonversionsstoff (14) umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 13, bei dem der dritte Wellenlängenkonversionsstoff (14) Strahlung der ersten Wellenlänge in Strahlung einer von der ersten, der zweiten und ggf. der dritten Wellenlänge verschiedenen vierten Wellenlänge umwandelt, derart, dass das Bauelement Mischstrahlung aussendet, die die Strahlung der dritten Wellenlänge, der vierten Wellenlänge, ggf. der zweiten Wellenlänge und ggf. der ersten Wellenlänge umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem die Dicke der Wellenlängenkonversionsschicht(13) konstant ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem – der dritte Wellenlängenkonversionsstoff (14) Partikel umfasst, und die Wellenlängenkonversionsschicht (13) ein Matrixmaterial (131) aufweist, in das die Partikel des dritten Wellenlängenkonversionsstoffes (14) eingebettet sind.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem der erste Wellenlängenkonversionsstoff (10), der zweite Wellenlängenkonversionsstoff (12) und ggf. der dritte Wellenlängenkonversionsstoff (14) so angeordnet sind, dass die Wellenlänge, in die die erste Strahlung von dem jeweiligen Wellenlängekonversionsstoff (10, 12, 14) konvertiert wird, vom Halbleiterkörper (3) her gesehen in dessen Abstrahlrichtung jeweils kürzer ist als die Wellenlängenlänge in die der bezüglich der Abstrahlrichtung des Halbleiterchips vorangehende Wellenlängenkonversionsstoff (10, 12, 14) die erste Strahlung konvertiert.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 17, bei dem die zweite Wellenlänge aus dem grünen Spektralbereich und die dritte oder die vierte Wellenlänge aus dem roten Spektralbereich stammt.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der erste Wellenlängenkonversionsstoff (10) und/oder der zweite Wellenlängenkonversionsstoff (12) und/oder der dritte Wellenlängenkonversionsstoff (14) aus der Gruppe stammt, die durch die folgenden Stoffe gebildet wird: mit Metallen der seltenen Erden dotierten Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxynitride.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 19, bei dem als der erste Wellenlängenkonversionsstoff (10) oder der zweite Wellenlängenkonversionsstoff (12) oder der dritte Wellenlängenkonversionsstoff (14) YAG:Ce verwendet ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem als separates optisches Element (9) eine Linse verwendet ist.
Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 21, bei dem als separates optisches Element (9) eine konvexe Linse verwendet ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 22, bei dem das Matrixmaterial (91) des optischen Elementes aus der Gruppe stammt, die durch die folgenden Stoffe gebildet wird: Glas, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), cyclische Olefine (COC), Silikone oder Polyacrylesterimid (PMMI).
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 23, bei dem die Partikel des ersten Wellenlängenkonversionsstoffes (10) im Wesentlichen homogen im Matrixmaterial (91) des optischen Elementes (9) verteilt sind.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 11 bis 24, bei dem die Partikel des zweiten Wellenlängenkonversionsstoffes (12) im Wesentlichen homogen in dem Matrixmaterial (81) der Umhüllung (8) verteilt sind.