-
Die
Erfindung betrifft eine strahlungsemittierende Vorrichtung.
-
Für manche
Projektionsanwendungen, wie beispielsweise Autoscheinwerfer, kann
es wünschenswert
sein, einzelne LED-Chips
in möglichst geringem
Abstand zueinander bei gleichzeitig möglichst geringem optischem Übersprechen
und hohem Kontrast zu betreiben. Weiterhin sollen zwei nebeneinander
liegende LED-Chips im Betrieb ein möglichst homogenes Nahfeld ohne
Trennbereiche mit geringer Leuchtdichte ermöglichen.
-
Eine
Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform
ist es, eine strahlungsemittierende Vorrichtung mit zumindest zwei
Halbleiterbauelementen anzugeben. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand
des unabhängigen
Patenanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
des Gegenstandes sind in den abhängigen
Ansprüchen
gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit explizit durch
Rückbezüge in die
Beschreibung aufgenommen.
-
Eine
strahlungsemittierende Vorrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform
umfasst insbesondere einen Träger,
auf dem zumindest zwei Halbleiterbauelemente nebeneinander angeordnet sind,
wobei jedes der Halbleiterbauelemente
- – im Betrieb
eine elektromagnetische Primärstrahlung
emittiert und
- – eine
vom Träger
abgewandte Hauptoberfläche aufweist,
auf der ein Wellenlängenkonversionselement
zur zumindest teilweisen Umwandlung der Primärstrahlung in eine elektromagnetische
Sekundärstrahlung
angeordnet ist,
- – das
Wellenlängenkonversionselement
eine Strahlungseintrittsfläche,
eine Strahlungsaustrittsfläche
und Seitenflächen,
die die Strahlungseintrittsfläche
mit der Strahlungsaustrittsfläche verbinden,
umfasst und mit der Strahlungseintrittsfläche auf der Hauptoberfläche angeordnet ist,
- – wobei
auf den Seitenflächen
ein erstes nicht-transparentes Material angeordnet ist.
-
Dass
ein Element oder eine Fläche ”auf” einem
weiteren Element oder einer weiteren Fläche angeordnet ist, kann dabei
hier und im Folgenden bedeuten, dass das eine Element oder die eine
Fläche unmittelbar
im direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf dem weiteren
Element oder auf der weiteren Fläche
angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass das eine Element
oder die eine Fläche
mittelbar auf dem weiteren Element oder der weiteren Fläche angeordnet
ist. Dabei können weitere
Elemente oder Flächen
zwischen dem einen Element oder dem weiteren Element, sowie der
einen Fläche
oder der weiteren Fläche
angeordnet sein.
-
Sind
zwei Elemente ”nebeneinander” oder ”benachbart” angeordnet,
so kann das hier und im Folgenden bedeuten, dass das eine Element
in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zu einem
weiteren Element angeordnet ist, so dass das eine Element unmittelbar
an das weitere Element angrenzt. Weiterhin kann auch eine voneinander
beabstandete Anordnung bezeichnet sein, bei dem zwischen den Elementen
ein Zwischenraum und/oder weitere Elemente angeordnet sind.
-
Die
Bezeichnungen ”Strahlung”, ”elektromagnetische
Strahlung” und ”Licht” bedeuten
hier und im Folgenden elektromagnetische Strahlung mit zumindest
einer Wellenlänge
beziehungsweise einer spektralen Komponente in einem infraroten
bis ultravioletten Wellenlängenbereich.
Insbesondere kann dabei infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette
elektromagnetische Strahlung bezeichnet sein.
-
Die
durch jedes der zumindest zwei Halbleiterbauelemente erzeugte Primärstrahlung
kann über die
vom Träger
abgewandte Hauptoberfläche
abgestrahlt werden und in die auf der Hauptoberfläche angeordnete
Strahlungseintrittsfläche
in das Wellenlängenkonversionselementes
eintreten. Die Primärstrahlung
kann im Wellenlängenkonversionselement zumindest
teilweise in eine Sekundärstrahlung
mit einer anderen Wellenlänge
konvertiert werden. Die so erzeugte Sekundärstrahlung sowie gegebenenfalls unkonvertierte
Primärstrahlung
werden durch die Strahlungsaustrittsfläche des Wellenlängenkonversionselementes
ausgekoppelt. Demnach kann von der Strahlungsaustrittsfläche des
Wellenlängenkonversionselementes
beispielsweise ein Mischlicht aus nicht konvertierter Primär- und aus
konvertierter Sekundärstrahlung
abgestrahlt werden. Insbesondere kann die Primärstrahlung beispielsweise einen
ultravioletten bis grünen
Wellenlängenbereich,
insbesondere einen blauen Wellenlängenbereich aufweisen. Die Sekundärstrahlung
kann beispielsweise einen grünen
bis roten Wellenlängenbereich,
insbesondere einen gelben Wellenlängenbereich aufweisen. Dadurch
kann es möglich
sein, dass die strahlungsemittierende Vorrichtung weißfarbiges
Mischlicht abstrahlt.
-
Dadurch,
dass das auf den Seitenflächen
der Wellenlängenkonversionselemente
angeordnete erste nicht-transparente
Material nicht durchlässig
für elektromagnetische
Strahlung ist, kann ein optisches Übersprechen, das so genannte
Crosstalking, zwischen benachbart angeordneten Halbleiterbauelementen
und/oder Wellenlängenkonversionselementen
verhindert oder zumindest vermindert werden. Unter „Crosstalking” und „optischem Übersprechen” wird hier
und im Folgenden der Effekt verstanden, dass elektromagnetische
Primärstrahlung
und/oder Sekundärstrahlung
von einem Halbleiterbauelement mit einem Wellenlängenkonversionselement in ein benachbartes
Halbleiterbauelement und/oder Wellenlängenkonversionselement eingestrahlt
werden kann und dieses zu einer unerwünschten Abstrahlung von elektromagnetischer
Strahlung anregen kann.
-
Zwei
nebeneinander angeordnete Halbleiterbauelemente mit jeweils einem
darauf angeordneten Wellenlängenkonversionselement,
deren Seitenflächen
kein erstes nicht-transparentes Material aufweisen, können aufgrund
des optischen Übersprechens aus
den folgenden Gründen
einen reduzierten Kontrast aufweisen. Zum einen kann ein Halbleiterbauelement
seitlich eine Primärstrahlung
emittieren, die das benachbarte Wellenlängenkonversionselement anregt.
Weiterhin kann die Primärstrahlung
des einen Halbleiterbauelementes auch von dem zugehörigen Wellenlängenkonversionselement
zum benachbarten Wellenlängenkonversionselement
gestreut und dort in eine Sekundärstrahlung
konvertiert werden. Ebenso kann die Primärstrahlung in das benachbarte Halbleiterbauelement einkoppeln
und dort extrahiert werden. Die vom Wellenlängenkonversionselement des
einen Halbleiterbauelementes omnidirektional abgestrahlte Sekundärstrahlung
kann schließlich
in das benachbarte Wellenlängenkonversionselement eingestrahlt
und dort nach oben gestreut werden. Alle vier beschriebenen Prozesse
führen
zu einem so genannten Nebenleuchten im Bereich des benachbarten
Halbleiterbauelementes.
-
Somit
kann zum einen die Streuung von Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung
durch das Wellenlängenkonversionselement
eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementes in ein benachbartes
Halbleiterbauelement, sowie dessen Wellenlängenkonversionselement verhindert
oder zumindest vermindert werden, indem auf den Seitenflächen des
Wellenlängenkonversionselementes
des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementes ein erstes nicht-transparentes
Material angeordnet ist.
-
Zum
anderen kann die Einkopplung der vom strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement
und dessen Wellenlängenkonversionselement
emittierten Primärstrahlung
und/oder Sekundärstrahlung
in das Wellenlängenkonversionselement
eines benachbarten Halbleiterbauelementes verhindert oder zumindest
vermindert werden, indem auf den Seitenflächen des benachbarten Wellenlängenkonversionselement
ein erstes nicht-transparentes Material angeordnet ist.
-
Der
Effekt des Nebenleuchtens im Bereich eines benachbarten Halbleiterbauelementes
durch unerwünscht
eingekoppelte Strahlung kann durch ein erstes nicht-transparentes
Material auf den Seitenflächen
der Wellenlängenkonversionselemente
verhindert oder zumindest vermindert werden, so dass ein möglichst
großer
Kontrast zwischen einem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement
und einem benachbarten Halbleiterbauelement erzielt werden kann.
-
Insbesondere
kann das erste nicht-transparente Material jeweils die Seitenflächen der
Wellenlängenkonversionselemente
gänzlich
bedecken, so dass die Strahlungsaustrittsflächen der Wellenlängenkonversionselemente
von dem ersten nicht-transparenten
Material jeweils umschlossen sind. Das erste nicht-transparente
Material kann weiterhin insbesondere reflektierend sein.
-
Der
Vorteil eines solchen ersten nicht-transparenten Materials, das
das Wellenlängenkonversionselement
an den Seitenflächen
umgibt, kann zum einen in der optischen Isolation der an der Strahlungsaustrittsfläche des
Wellenlängenkonversionselementes
abgestrahlten Primär-
und Sekundärstrahlung
liegen, was wie oben erwähnt,
das optische Übersprechen
der elektromagnetischen Strahlung auf ein benachbart angeordnetes
Halbleiterbauelement verhindern oder zumindest vermindern kann. Zum
anderen können
insbesondere die reflektierenden Eigenschaften des ersten nicht-transparenten Materials
die Effizienz der Wellenlängenkonversion in
den Wellenlängenkonversionselementen
erhöhen, indem
beispielsweise Primärstrahlung,
die von einem Wellenlängenkonversionselement
unkonvertiert über eine
Seitenfläche
abgestrahlt würde,
an einem reflektierenden ersten nicht-transparenten Material an
den Seitenflächen
des Wellenlängenkonversionselementes
in das Wellenlängenkonversionselement
zurück reflektiert
und dort konvertiert wird. Zusätzlich
zur Primärstrahlung
wird auch die Sekundärstrahlung
durch ein reflektierendes erstes nicht-transparentes Material reflektiert.
-
Das
reflektierende erste nicht-transparente Material kann somit wie
eine Spiegelschicht wirken oder auch eine Spiegelschicht umfassen
oder eine Spiegelschicht sein und die Halbleiterbauelemente mit
den Wellenlängenkonversionselementen
durch die Reflexion der Primär-
und der Sekundärstrahlung optisch
isolieren.
-
Weiterhin
kann das erste nicht-transparente Material eine Metallschicht umfassen.
Dazu kann ein Metall oder eine Legierung wie beispielsweise Ti, TiW,
Pt, Cr, Ni oder Pd verwendet werden. Insbesondere kann ein Metall
mit absorbierenden oder bevorzugt mit reflektierenden Eigenschaften
wie Au oder besonders bevorzugt wie beispielsweise Al oder Ag verwendet
werden. Eine solche Metallschicht kann auf die Seitenflächen der
Wellenlängenkonversionselemente
beispielsweise durch Sputtern oder durch Aufdampfverfahren wie Elektronenstrahlverdampfen, Laserstrahlverdampfen
oder thermisches Verdampfen aufgebracht werden.
-
Weiterhin
kann das erste nicht-transparente Material ein Gitter mit Öffnungen
aufweisen oder als solches ausgeführt sein, wobei in den Öffnungen
die Wellenlängenkonversionselemente
angeordnet sind. Ein solches Gitter kann durch Stanzen, Pressen
oder Gießen
hergestellt und durch Kleben oder Löten auf die Halbleiterbauelemente
aufgebracht werden, sodass ein solches Gitter analog zur Metallschicht
eine optische Isolierung des emittierten Mischlichts von einem benachbart
angeordneten Halbleiterbauelement bewirken kann.
-
Dabei
kann das Gitter ein Metall und/oder einen Kunststoff umfassen. Wird
für ein
solches Gitter ein Metall wie beispielsweise Aluminium gewählt, so kann
ein Übersprechen
der Primär-
und Sekundärstrahlung
nicht nur durch das nicht-transparente
Gitter verhindert oder zumindest vermindert werden, sondern die
Strahlung kann zusätzlich
durch das reflektierende Gitter an den Seitenflächen des Wellenlängenkonversionselementes
in das Wellenlängenkonversionselement
zurück
reflektiert werden.
-
Auf
dem Gitter kann zusätzlich
eine Metallschicht angeordnet sein, die die Primär- und die Sekundärstrahlung
bevorzugt reflektiert und so die reflektierenden Eigenschaften des
Gitters weiter erhöhen
kann.
-
Weiterhin
kann ein Wellenlängenkonversionselement
Keramik, Glas, Kunststoff oder eine Kombination daraus umfassen.
Werden formstabile Konversionsmaterialien wie etwa Keramik oder
Glas oder eine Kombination dieser Materialien verwendet, so können Leuchtstoffe
in diese Materialien beispielsweise eingesintert werden. Zusätzlich oder
alternativ können
auch lumineszierende Keramiken, lumineszierende dotierte Gläser oder
Gläser,
die Leuchtstoffe enthalten, verwendet werden. Weniger formstabile
Materialien wie beispielsweise Silikone, Epoxide oder weitere Kunststoffe
können
dagegen im Verguss mit Leuchtstoffen in einem Gitter eingebracht
werden. Geeignete Leuchtstoffe zur Wellenlängenkonversion sind dem Fachmann
bekannt und werden hier nicht näher
ausgeführt.
-
Bevorzugt
kann demnach ein Wellenlängenkonversionselement,
das einen Kunststoff wie beispielsweise ein Silikon und/oder ein
Epoxid enthält, im
Verguss mit einem Leuchtstoff in einem als Gitter mit Öffnungen
ausgeführten
ersten nicht-transparenten
Material angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Wellenlängenkonversionselement mit
einem Kunststoff auch ein als Metallschicht ausgeführtes erstes
nicht-transparentes Material aufweisen. Ein Wellenlängenkonversionselement,
das eine Keramik, ein Glas oder eine Kombination daraus umfasst,
kann bevorzugt eine Metallschicht als erstes nicht-transparentes
Material aufweisen.
-
Weiterhin
kann die Strahlungsaustrittsfläche größer sein
als die Strahlungseintrittsfläche.
Dabei kann die Strahlungsaustrittsfläche an jeder der Seitenflächen um
größer oder
gleich 20 μm
bis kleiner oder gleich 200 μm,
bevorzugt um 50 μm über die Strahlungseintrittsfläche hinausragen.
Dies kann bedeuten, dass die Wellenlängenkonversionselemente einen
in einer Hauptabstrahlrichtung von der Strahlungseintritts- zur
Strahlungsaustrittsfläche
erweiterten Querschnitt aufweisen. Weiterhin kann dies bedeuten,
dass die Wellenlängenkonversionselemente eine
konische Struktur aufweisen.
-
Dabei
kann die Strahlungseintrittsfläche
eines Wellenlängenkonversionselements
eine Seitenlänge
oder einen Durchmesser von größer oder gleich
0,3 mm und kleiner oder gleich 3 mm, bevorzugt von einem Millimeter
aufweisen. Das kann bedeuten, dass die Hauptoberflächen der
Halbleiterbauelemente ebenfalls eine Seitenlänge von größer oder gleich 0,3 mm und
kleiner oder gleich 3 mm und bevorzugt eine Seitenlänge von
1 mm aufweisen, so dass ein passgenauer Übergang zwischen der Hauptoberfläche eines
Halbleiterbauelementes in die darüber angeordnete Strahlungseintrittsfläche eines Wellenlängenkonversionselementes
möglich
ist. Weiterhin kann der sich in der Hauptabstrahlrichtung erweiternde
Querschnitt des Wellenlängenkonversionselementes
durch einen Neigungswinkel α der
Seitenflächen
charakterisiert werden, der, gemessen von einer Senkrechten auf
die Strahlungseintrittsfläche,
größer oder
gleich 2° und
kleiner oder gleich 80° und
bevorzugt 26,5° ist.
-
Weiterhin
kann ein Wellenlängenkonversionselement
eine Höhe
von größer oder
gleich 30 μm und
kleiner oder gleich 500 μm
aufweisen. Dabei entspricht die Höhe des Wellenlängenkonversionselementes
dem Abstand zwischen der Strahlungseintrittsfläche und der Strahlungsaustrittsfläche. Dadurch,
dass das Wellenlängenkonversionselement auf
den Seitenflächen
das erste nicht-transparente und bevorzugt reflektierende Material
aufweist, kann eine größere Höhe des Wellenlängenkonversionselementes
im Vergleich zu einem Wellenlängenkonversionsstoff
ohne das erste nicht-transparente
Material auf den Seitenflächen
gewählt
werden. Ein Wellenlängenkonversionselement,
das eine Höhe
von bevorzugt größer oder
gleich 200 μm
und kleiner oder gleich 500 μm
aufweist, kann aufgrund des nicht-transparenten und bevorzugt reflektierenden Materials
auf den Seitenflächen
eine geringere Leuchtstoffkonzentration aufweisen.
-
Eines
oder mehrere der hier für
ein Wellenlängenkonversionselement
genannten Merkmale können
für eines
oder bevorzugt gleichartig für
alle Wellenlängenkonversionselemente
gelten.
-
Die
beschriebenen Halbleiterbauelemente können bevorzugt als Halbleiterchips
und besonders bevorzugt als InGaN-Chips ausgeführt sein. Weiterhin können alle
dem Fachmann bekannten Nitrid- oder Phosphid-III/V-Verbindungshalbleiter,
sowie II/VI-Verbindungshalbleiter und zusätzlich oder alternativ auch
Halbleiter basierend auf AlGaAs verwendet werden, die hier nicht
näher ausgeführt werden.
-
Weiterhin
kann jedes der Halbleiterbauelemente Seitenflanken beziehungsweise
Mesen aufweisen, die jeweils die Hauptoberfläche umschließen und
auf denen ein zweites nicht-transparentes
Material angeordnet sein kann. Ein solches zweites nicht-transparentes
Material kann eines oder mehrere der Merkmale aufweisen oder aus
denselben Materialien bestehen wie das erste nicht-transparente Material
und dazu dienen, zusätzlich
zu den mittels des ersten nicht-transparenten
Materials optisch isolierten Seitenflächen der Wellenlängenkonversionselemente
die Seitenflanken des Halbleiterbauelementes optisch zu isolieren.
Damit kann ein optisches Übersprechen
der von den Halbleiterbauelementen über deren Seitenflanken der
Halbleiterbauelemente emittierten Primärstrahlung auf benachbarte
Halbleiterbauelemente verhindert oder zumindest vermindert werden.
-
Um
ein optisches Übersprechen
von elektromagnetischer Strahlung zwischen Halbleiterbauelementen
und/oder Wellenlängenkonversionselementen
gemäß der oben
beschriebenen möglichen
Crosstalk-Prozesse besonders wirksam zu unterdrücken, sind weiterhin Ausführungsformen
der strahlungsemittierenden Vorrichtung denkbar, die Kombinationen des
ersten nicht-transparenten und des zweiten nicht-transparenten Materials
aufweisen. Solche Kombinationen können zu einer vollständigen optischen
Isolation der Seitenflächen
des Wellenlängenkonversionselementes
und der Seitenflanken des Halbleiterbauelementes führen, was
bedeuten kann, das ein optisches Übersprechen von Primär- und/oder
Sekundärstrahlung
auf ein benachbart angeordnetes Halbleiterbauelement und/oder auf
ein benachbart angeordnetes Wellenlängenkonversionselement unterdrückt werden
kann. Dies kann bedeuten, dass ein Nebenleuchten eines benachbart
angeordneten, ausgeschalteten Halbleiterbauelementes vermieden werden
kann und die Abstrahlung der Primär- und der Sekundärstrahlung
nur über
die Strahlungsaustrittsfläche
des jeweiligen Wellenlängenkonversionselementes
erfolgt.
-
Dabei
kann das zweite nicht-transparente Material beispielsweise eine
Metallschicht umfassen, die beispielsweise ein Metall wie etwa Aluminium
enthalten kann, das die emittierte Primärstrahlung zusätzlich reflektieren
kann.
-
Weiterhin
kann das zweite nicht-transparente Material eine Schicht mit einem
elektrisch isolierenden Material umfassen. Dabei kann das elektrisch isolierende
Material ausgewählt
sein aus Metall- und Halbmetalloxiden, Metall- und Halbmetallnitriden
und Metall- und Halbmetalloxinitriden, wie beispielsweise insbesondere
Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Dabei sind elektrisch isolierende
Materialien zu bevorzugen, die eine erhöhte Strahlungsstabilität aufweisen. Eine
solche Schicht mit einem elektrisch isolierenden Material kann weiterhin
als dielektrische Schicht direkt auf den Seitenflanken eines Halbleiterbauelementes
aufgebracht werden, beispielsweise durch Sputtern oder chemische
Gasphasenabscheidung. Im Falle eines Halbleiterbauelementes, das
als Dünnfilmchip
ausgeführt
ist, ist nur eine Beschichtung der epitaktische Halbleiterschichtenfolge
mit dem elektrisch isolierenden Material erforderlich, während ein
Halbleiterbauelement in der Ausführung einer
auf einem Saphir gewachsenen Halbleiterschichtenfolge eine vollständige Beschichtung
der Seitenflanken über
die gesamte Höhe
der Seitenflanken einschließlich
des Saphirsubstrats erfordern kann.
-
Auf
einer elektrisch isolierenden Schicht, die direkt auf den Seitenflanken
eines Halbleiterbauelementes angeordnet sein kann, kann zusätzlich eine Metallschicht
angeordnet sein.
-
Weiterhin
kann das zweite nicht-transparente Material einen Kunststoff aufweisen,
der beispielsweise gitterförmig
ausgeführt
und zwischen den Halbleiterbauelementen angeordnet sein kann. Ein solcher
Kunststoff kann zusätzlich
oder alternativ zur vorab genannten Metallschicht und/oder zur vorab genannten
elektrisch isolierenden Schicht auf den Seitenflanken des Halbleiterbauelementes
angeordnet sein und besonders einen Zwischenraum zwischen zwei Halbleiterbauelementen
ausfüllen.
-
Weiterhin
kann ein solcher Kunststoff, der beispielsweise ausgewählt sein
kann aus Silikon oder Epoxid, als Verguss in einen Zwischenraum
zwischen zwei Halbleiterbauelementen spritzgegossen oder dispensiert
werden. Dabei wird bevorzugt ein Kunststoff ausgewählt, dessen
Ausdehnungskoeffizient an das jeweils verwendete Trägermaterial
angepasst ist. Als Trägermaterialien
werden beispielsweise Keramiken, wie beispielsweise Aluminium-Nitrid-Keramiken,
Metallkern-Platinen,
wie etwa Kupfer-haltige Metallkern-Platinen, oder Kunststoffe mit darauf
angeordneten Leiterplatten verwendet, die darüber hinaus eine hohe Wärmekapazität aufweisen
und als Wärmesenken
oder Wärmespreitzer
die an den Halbleiterbauelementen entstehende Wärme auf eine von den Halbleiterbauelementen
abgewandte Oberfläche
des Trägers
ableiten können.
-
Weiterhin
kann der Kunststoff bevorzugt Silikon umfassen, wobei das Silikon
Kohlenstoff enthalten kann. Dabei kann der Kohlenstoff in dem als
Gitter ausgeführten
Kunststoff eingeschlossen sein und zur Absorption von über die
Seitenflanken von Halbleiterbauelementen oder Seitenflächen von
Wellenlängenkonversionselementen
emittierter Primärstrahlung
und/oder Sekundärstrahlung
beitragen.
-
Weitere
Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen
und Weiterbildungen der strahlungsemittierenden Vorrichtung ergeben
sich aus den im Folgenden und in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen.
-
Es
zeigen:
-
1A und 1B schematische
Schnittdarstellungen von strahlungsemittierenden Vorrichtungen gemäß zwei Ausführungsbeispielen,
-
2 eine
schematische Schnittdarstellung einer strahlungsemittierenden Vorrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
und
-
3A und 3B schematische
Schnittdarstellungen von strahlungsemittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen.
-
In
den Ausführungsbeispielen
und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile
sowie die Größenverhältnisse
der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr
können
einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt
sein.
-
1A zeigt
eine strahlungsemittierende Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
mit einem Träger 1,
auf dem zwei Halbleiterbauelemente 2 nebeneinander angeordnet
sind. Jedes der Halbleiterbauelemente 2 emittiert im Betrieb
eine elektromagnetische Primärstrahlung
und weist eine vom Träger abgewandte
Hauptoberfläche 21 auf.
Auf der Hauptoberfläche 21 des
jeweiligen Halbleiterbauelementes 2 ist ein Wellenlängenkonversionselement 3 zur
zumindest teilweisen Umwandlung der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung
angeordnet. Jedes der Wellenlängenkonversionselemente 3 weist eine
Strahlungseintrittsfläche 31 und
eine Strahlungsaustrittsfläche 32 auf.
Dabei ist jedes der Wellenlängenkonversionselemente 3 jeweils
mit der Strahlungseintrittsfläche 31 auf
der Hauptoberfläche 21 des
jeweiligen Halbleiterbauelementes 2 angeordnet, so dass
die Strahlungseintrittsfläche 31 eines Wellenlängenkonversionselementes 3 direkt
an die Hauptoberfläche 21 eines
Halbleiterbauelementes 2 angrenzt. Weiterhin weist jedes
der Wellenlängenkonversionselemente 3 Seitenflächen 33 auf,
die die Strahlungseintrittsfläche 31 mit
der Strahlungsaustrittsfläche 32 verbinden.
Auf den Seitenflächen 33 ist jeweils
ein erstes nicht-transparentes Material 4 angeordnet. Wie
in der 1A dargestellt, umfasst das erste
nicht-transparente Material 4 eine Metallschicht 41 aus
Aluminium.
-
Dadurch,
dass die Seitenflächen 33 der
Wellenlängenkonversionselemente 3 jeweils
das erste nicht transparente Material 4 aufweisen, kann
das im allgemeinen Teil beschriebene optische Übersprechen der emittierten
Primär-
und Sekundärstrahlung auf
das jeweils benachbarte Halbleiterbauelement 2 verhindert
oder zumindest vermindert werden.
-
Weiterhin
weist jedes der Wellenlängenkonversionselemente 3 eine
Höhe von
bevorzugt 100 μm auf,
wobei eine Höhe
der Wellenlängenkonversionselemente 3 von
größer oder
gleich 30 μm
bis kleiner gleich 500 μm
möglich
ist. Dies bedeutet im gezeigten Ausführungsbeispiel, dass die Strahlungsaustrittsfläche 32 bevorzugt
100 μm beabstandet
von der Strahlungseintrittsfläche 31 angeordnet
ist.
-
Weiterhin
weisen die Strahlungseintrittsflächen 31 jeweils
eine Seitenlänge
von etwa 1 mm auf, was der Kantenlänge der Halbleiterbauelemente 2 entspricht,
wobei je nach Ausführung
der Halbleiterbauelemente 2 auch Seitenlängen von
größer oder gleich
0,3 mm bis kleiner oder gleich 3 mm möglich sind. Dabei ragen die
Strahlungsaustrittsflächen 32 um
etwa 50 μm
an jeweils jeder der Seitenflächen 33 über die
Strahlungseintrittsflächen 31 hinaus.
Weiterhin kann die Seitenlänge
auch größer oder
gleich 20 μm
und kleiner oder gleich 200 μm
sein.
-
Somit
weist jedes der Wellenlängenkonversionselemente 3 einen
in der Hauptabstrahlrichtung erweiterten Querschnitt auf, der einem
Neigungswinkel 6 der Seitenflächen 33, gemessen
relativ zu einer jeweils gestrichelt eingezeichneten Senkrechten
auf die Strahlungseintrittsflächen 31,
in 1A mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet,
entspricht. Gemäß den oben
genannten bevorzugten Abmessungen der Wellenlängenkonversionselemente 3 beträgt der Neigungswinkel 6 im
gezeigten Ausführungsbeispiel etwa
26,5°. Gemäß der weiterhin
oben genannten alternativen Abmessungen kann der Neigungswinkel 6 der
Seitenflächen 33 auch
größer oder
gleich 2° und kleiner
oder gleich 80° sein.
-
In
der 1B ist ein Ausführungsbeispiel einer strahlungsemittierenden
Vorrichtung gezeigt, das rein beispielhaft vier Halbleiterbauelemente 2 mit Wellenlängenkonversionselementen 3 zeigt,
die jeweils die vorgenannten Merkmale aufweisen. Alternativ können auch
mehr als die gezeigten zwei oder vier Halbleiterbauelemente 2 auf
einem Träger 1 beispielsweise
in einer mehrzeiligen Matrixform angeordnet sein. Eine solche Anordnung
von Halbleiterbauelementen 2 auf dem Träger 1 in einer Matrixform findet
beispielsweise in abbildenden Optiken oder Projektionsanwendungen
sowie in Autoscheinwerfern Anwendung.
-
2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
strahlungsemittierenden Vorrichtung, wobei auf den Seitenflächen 33 der
Wellenlängenkonversionselemente 3 alternativ
zu den vorherigen Ausführungsbeispielen
das erste nicht-transparente Material 4 in Form eines Gitters 42 mit Öffnungen
auf den Seitenflächen 33 der
Wellenlängenkonversionselemente 3 angeordnet
ist. In den Öffnungen
des Gitters 42 sind jeweils die Wellenlängenkonversionselemente 3 angeordnet,
so dass das Gitter 42 die Wellenlängenkonversionselemente 3 an
den Seitenflächen 33 umschließt.
-
Weiterhin
wird für
das Gitter 42 jeweils Aluminium verwendet. Alternativ oder
zusätzlich
kann auch ein weiteres Metall und/oder ein Kunststoff zur Ausbildung
des Gitters 42 verwendet werden.
-
Weiterhin
ist denkbar, auf dem Gitter 42 zusätzlich eine Metallschicht 41 wie
bereits in der 1A gezeigt, als weiteren Teil
des ersten nicht-transparenten Materials 4 anzuordnen.
-
3A zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer strahlungsemittierenden Vorrichtung mit einem Träger 1,
auf dem vier Halbleiterbauelemente 2 sowie vier Wellenlängenkonversionselemente 3 nebeneinander
angeordnet sind, die gemäß dem in 1B gezeigten
Ausführungsbeispiel
ausgeführt sind.
-
Weiterhin
weisen die Halbleiterbauelemente 2 jeweils Seitenflanken 22 auf,
die die Hauptoberflächen 21 jeweils
umschließen.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
wird eine wie im allgemeinen Teil beschriebene optische Isolation
der Seitenflanken 22 dadurch erreicht, dass auf den Seitenflanken 22 ein zweites
nicht-transparentes Material 5 angeordnet ist. Dabei weist
ein solches zweites nicht-transparentes Material 5 dieselben
Materialien und Eigenschaften auf wie das erste nicht-transparente
Material 4. Dementsprechend kann das zweite nicht-transparente
Material 5 eine Metallschicht 51 umfassen, die
auf den Seitenflanken 22 aufgebracht ist. Wird zur Ausführung der
Metallschicht 51 ein Metall wie beispielsweise Aluminium
ausgewählt,
so kann die Metallschicht 51 die Primärstrahlung reflektieren. Dies kann
bedeuten, dass der Verlust der über
die Seitenflanken 22 abgestrahlten Primärstrahlung verhindert oder
zumindest vermindert wird.
-
Ein
solches wie in der 3A dargestelltes Ausführungsbeispiel
kann demnach eine vollständige
optische Isolierung eines einzelnen Halbleiterbauelementes 2 gegenüber einem
jeweils benachbart angeordneten Halbleiterbauelement 2 ermöglichen, da
nicht nur die Seitenflächen 33 der
Wellenlängenkonversionselemente 3,
sondern zusätzlich
auch die Seitenflanken 22 mit einem nicht-transparenten
Material 4, 5 versehen sind.
-
Zusätzlich zu
dem in der 3A dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es denkbar, zusätzlich zur
Metallschicht 41 ein Gitter 42 aus Metall und/oder einem
Kunststoff als weiteren Teil des ersten nicht-transparenten Materials 4 auf
den Seitenflächen 33 der
Wellenlängenkonversionselemente 3 aufzubringen.
-
Eine
weitere Möglichkeit
der optischen Isolierung der Seitenflanken 22 der Halbleiterbauelemente 2 mit
einem zweiten nicht-transparenten Material 5 ist in einem
Ausführungsbeispiel
der strahlungsemittierenden Vorrichtung in 3B dargestellt.
Alternativ oder auch zusätzlich
zu der in der 3A dargestellten Metallschicht 51 kann
auf den Seitenflanken 22 der Halbleiterbauelemente 2 auch
ein Kunststoff angeordnet sein, der gitterförmig oder auch als Gitter 52 ausgeführt ist
und zwischen den Halbleiterbauelementen 2 angeordnet ist.
Ein solcher als Gitter 52 zwischen den Halbleiterbauelementen 2 ausgeführter Kunststoff
kann beispielsweise Silikon oder ein Epoxid umfassen. Zur Absorption
der an den Seitenflanken 22 der Halbleiterbauelemente 2 austretenden
Primärstrahlung
kann das Silikon Kohlenstoff umfassen.
-
Wie
in 3B gezeigt, kann der Kunststoff nur teilweise
und zumindest bis zur Höhe
der Hauptoberfläche
der Halbleiterbauelemente 2 eingefüllt sein. Alternativ dazu kann
der Kunststoff auch bis zur Höhe
der Strahlungsaustrittsflächen 32 der
Wellenlängenkonversionselemente 3 eingefüllt sein
und somit gleichzeitig auch einen Teil des ersten nicht-transparenten
Materials 4 bilden.
-
Ebenfalls
ist es denkbar, zusätzlich
zu der in der 3B dargestellten Metallschicht 41 ein
Gitter 42 aus Kunststoff und/oder einem Metall als weiteren Teil
des ersten nicht-transparenten
Materials 4 zwischen den Halbleiterbauelementen 2 anzuordnen.
In einer solchen Ausführung
wären die
Zwischenräume zwischen
den Halbleiterbauelementen 2 vollständig mit einem ersten nicht-transparenten
Material 4 und einem zweiten nicht-transparenten Material 5 verfüllt, sodass
die vier beschriebenen Modi des optischen Übersprechens von Primär- und Sekundärstrahlung in
das jeweils benachbart angeordnete Halbleiterbauelement 2 und
das jeweilige Wellenlängenkonversionselement 3 vermieden
werden kann. Dies bedeutet, dass das ebenfalls beschriebene Nebenleuchten
gleichsam unterdrückt
wird, sodass die Abstrahlung der Primär- und/oder der Sekundärstrahlung
ausschließlich über die
jeweilige Strahlungsaustrittsfläche 32 eines
jeden Wellenlängenkonversionselementes 3 erfolgt.
-
Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
auf diese beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
Patentansprüchen
beinhaltet, auch, wenn diese Merkmale oder diese Kombination von
Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen
angegeben ist.