DE102011113962A1

DE102011113962A1 - Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements

Info

Publication number: DE102011113962A1
Application number: DE102011113962A
Authority: DE
Inventors: Ion Stoll; Dr. Eisert Dominik
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: DE102011113962B4; WO2013041525A1

Abstract

Es wird ein keramisches Konversionselement (1) mit einer Vielzahl erster säulenartiger Bereiche (2) und einer Vielzahl zweiter säulenartiger Bereiche (3), die von den ersten Bereichen (2) verschieden sind, wobei
– die ersten Bereiche (2) keramisch ausgebildet sind,
– die zweiten Bereiche (3) in einer Draufsicht auf eine Hauptfläche (7) des Konversionselements (1) gemäß einem hexagonalen Muster angeordnet sind, und
– zumindest entweder die ersten Bereiche (2) dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, oder
– zumindest die zweiten Bereiche (3) dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, wobei der dritte Wellenlängenbereich vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Weiterhin werden ein optoelektronisches Bauelement mit einem keramischen Konversionselement und ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements angegeben.

Description

Es wird ein keramisches Konversionselement, ein optoelektronisches Bauelement mit einem keramischen Konversionselement und ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselemmentes angegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konversionselement anzugeben, aus dem konvertierte sowie unkonvertierte Strahlung verbessert ausgekoppelt werden kann. Es soll außerdem ein optoelektronisches Bauelement angegeben werden, das eine erhöhte Effizienz aufweist. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Konversionselementes angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein keramisches Konversionselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sowie Ausführungsformen des keramischen Konversionselements, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das keramische Konversionselement weist bevorzugt eine Vielzahl erster säulenartiger Bereiche und eine Vielzahl zweiter säulenartiger Bereiche auf, wobei die ersten Bereiche von den zweiten Bereichen verschieden sind.
Die säulenartigen Bereiche können beispielsweise eine spiralförmige Struktur aufweisen und/oder aus einer Vielzahl an kugelförmigen Bereichen gebildet sein. Insbesondere die zweiten Bereiche können aus Kugeln zusammengesetzt sein. Beispielsweise können die zweiten Bereiche aus einer dreidimensionalen hexagonal dichtesten Kugelpackung gebildet sein.
Die ersten säulenartigen Bereiche und die zweiten säulenartigen Bereiche sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Die ersten Bereiche und/oder die zweiten Bereiche können jeweils untereinander verbunden sein. Die ersten Bereiche und/oder die zweiten Bereiche können zumindest teilweise ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Netzwerk darstellen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass insbesondere die zweiten Bereiche zylindrisch oder als Zylinder ausgebildet sind.
Insbesondere ist es bevorzugt möglich, einem säulenartigen Bereich eine zylinderförmige Einhüllende zuzuordnen. Besonders bevorzugt kann zumindest zwei verschiedenen säulenartigen Bereichen jeweils eine zylindrische Einhüllende zugeordnet werden, wobei sich die Einhüllenden nicht überschneiden.
Die ersten Bereiche sind besonders bevorzugt keramisch ausgebildet.
Zumindest entweder die ersten Bereiche oder die zweiten Bereiche sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten, vom ersten verschiedenen Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Mit anderen Worten sind zumindest die ersten Bereiche oder die zweiten Bereiche besonders bevorzugt wellenlängenkonvertierend ausgebildet.
Die zweiten Bereiche sind weiterhin bevorzugt in einer Draufsicht auf die Hauptfläche des Konversionselements gemäß einem hexagonalen Muster angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem hexagonalen Muster um eine hexagonal dichteste Kugelpackung.
Es sei darauf hingewiesen, dass die zweiten Bereiche nicht über der gesamten Hauptfläche des Konversionselements gemäß einem einzigen durchgehenden hexagonalen Muster, etwa gemäß einer hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet müssen. Vielmehr ist es auch möglich, dass verschiedene Teilbereiche der Hauptfläche des Konversionselements voneinander verschiedene hexagonale Muster aufweisen. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass unterschiedliche Teilbereiche der Hauptfläche verschiedene regelmäßige hexagonale Muster aufweisen, deren Symmetrieachsen unterschiedlich sind. So kann ein Teilbereich der Hauptfläche beispielsweise ein erstes hexagonales Muster aufweisen, dessen Symmetrieachsen gegenüber einem hexagonalen Muster eines weiteren Teilbereichs gedreht sind. Die Gitterkonstanten der Muster in den verschiedenen Teilbereichen der Hauptfläche sind jedoch besonders bevorzugt gleich oder zumindest sehr ähnlich ausgebildet. Besonders bevorzugt weichen die Gitterkonstanten verschiedener hexagonaler Muster höchstens um 5% voneinander ab. Weiterhin ist es auch möglich, dass das regelmäßige hexagonale Muster jeweils herstellungsbedingt gewisse Defekte aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zweiten Bereiche luftgefüllt. Bei dieser Ausführungsform sind die ersten Bereiche bevorzugt keramisch und wellenlängenkonvertierend ausgebildet.
Alternativ ist es möglich, dass die ersten Bereiche keramisch, aber ohne wellenlängenkonvertierende Eigenschaften ausgebildet sind und die zweiten Bereiche wellenlängenkonvertierend ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die keramischen ersten Bereiche besonders bevorzugt gut durchlässig für sichtbares Licht, insbesondere für Strahlung des ersten und/oder des dritten Wellenlängenbereichs, ausgebildet.
Die wellenlängenkonvertierenden zweiten Bereiche können beispielsweise mit wellenlängenkonvertierenden Partikeln eines Leuchtstoffs gefüllt sein. Die Partikel sind hierbei dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Unter einem wellenlängenkonvertierenden Material wird vorliegend ein Material verstanden, das eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs absorbiert, diese Strahlung auf atomarer oder molekularer Ebene in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt und wieder emittiert. Insbesondere reine Streuung, reine Absorption oder reine Reflexion ohne Umwandlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge wird vorliegend nicht als Wellenlängenkonversion verstanden.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die zweiten Bereiche ein keramisches Material aufweisen oder aus einem keramischen Material gebildet sind, dass dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten und zweiten verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Gemäß einer Ausführungsform ist das keramische Konversionselement im Wesentlichen aus keramischem Material gebildet und weiterhin dazu geeignet, primäre Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in zwei verschiedene Wellenlängenbereiche umzuwandeln. Ein solches Konversionselement bietet beispielsweise gegenüber einem Konversionselement, bei dem Konversion primärer Strahlung in zwei verschiedene Wellenlängenbereiche durch ein Konversionselement mit harzbasierten Bereichen und keramischen Bereichen erfolgt, den Vorteil, dass Wärme, die im Betrieb entsteht, sehr gut abgeleitet werden kann. Dies erhöht die Effizienz und die Stabilität des Farborts des abgestrahlten Lichts.
Besonders bevorzugt sind die ersten Bereiche und/oder die zweiten Bereiche senkrecht zu einer Hauptfläche des Konversionselements angeordnet. Es versteht sich, dass die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche bei dieser Ausführungsform zwar bevorzugt möglichst senkrecht auf der Hauptfläche des Konversionselements stehen, der Winkel zwischen den ersten/zweiten Bereichen und der Hauptfläche aber aufgrund von Herstellungstoleranzen geringfügig von einem rechten Winkel abweichen können. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Rotationsachse einer Einhüllenden des ersten und/oder des zweiten Bereiches mit einer Normalen der Hauptfläche des Konversionselements einen Winkel einschließt der nicht größter als 5° ist. Besonders bevorzugt sind hierbei sowohl die ersten Bereiche als auch die zweiten Bereiche senkrecht zu einer Hauptfläche des Konversionselements angeordnet.
Die ersten säulenartigen Bereiche und die zweiten säulenartigen Bereiche können beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein und auf der Hauptfläche des Konversionselements senkrecht stehen. Die ersten Bereiche und/oder die zweiten Bereiche können hierbei jeweils untereinander verbunden sein, wobei die Verbindung besonders bevorzugt in einer Ebene parallel zu der Hauptfläche des Konversionselements angeordnet ist. Die ersten Bereiche und/oder die zweiten Bereiche können zumindest teilweise ein zweidimensionales oder ein dreidimensionales Netzwerk darstellen.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die ersten Bereiche/zweiten Bereiche einen Winkel von circa 60° mit der Hauptfläche des Konversionselements einschließen. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Wert des Winkels zwischen den Bereichen und der Hauptfläche herstellungsbedingt von 60° geringfügig abweichen.
In der Regel ist eine der Hauptflächen des Konversionselements als Strahlungseintrittsfläche vorgesehen, durch die primäre unkonvertierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in das Konversionselement eintritt. Die der Strahlungseintrittsfläche gegenüberliegende Hauptfläche des Konversionselements ist weiterhin in der Regel als Strahlungsaustrittsfläche vorgesehen, von der konvertierte Strahlung des zweiten und gegebenenfalls des dritten oder auch weiterer Wellenlängenbereiche sowie gegebenenfalls primäre unkonvertierte des ersten Wellenlängenbereichs ausgesandt wird.
Gegenüber geschichteten Konversionsstrukturen, deren Haupterstreckungsebenen parallel zu der Strahlungseintrittsfläche angeordnet sind, weist eine lateral strukturierte Anordnung von ersten und zweiten wellenlängenkonvertierenden Bereichen, wie oben beschrieben, den Vorteil auf, dass die Gesamthelligkeit erhöht ist und ein besserer Farbwiedergabeindex erreicht werden kann.
Weiterhin weist das hier beschriebene Konversionselement eine verbesserte Lichtauskopplung gegenüber herkömmlichen keramischen Konversionselementen sowie harzbasierten Konversionselementen auf, bei denen in der Regel wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffpartikel in ein Harz eingebracht sind, sowie elektrophoretisch oder mittels Sedimentation aufgebrachten wellenlängenkonvertierenden Schichten.
Besonders bevorzugt durchdringen die ersten säulenartigen Bereiche und/oder die zweiten säulenartigen Bereiche das Konversionselement von der ersten Hauptfläche des Konversionselements zu einer zweiten Hauptfläche des Konversionselements vollständig. Die erste Hauptfläche liegt hierbei der zweiten Hauptfläche gegenüber.
Besonders bevorzugt bilden die ersten säulenartigen Bereiche und die zweiten säulenartigen Bereiche einen photonischen Kristall aus. Bei dem photonischen Kristall kann es sich beispielsweise um einen zweidimensionalen oder um einen dreidimensionalen photonischen Kristall handeln.
Ein photonischer Kristall weist äquivalent zur elektronischen Bandlücke von Halbleitern eine Bandlücke für Photonen auf, die sogenannte photonische Bandlücke. Photonen mit Energien innerhalb der photonischen Bandlücke können sich nicht in dem photonischen Kristall ausbreiten und werden von diesem reflektiert. Auch photonische Kristalle mit teilweise ausgebildeter photonischer Bandlücke können vorliegend verwendet werden. Ein photonischer Kristall wird durch periodische Strukturen aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet. Die Dimension des photonischen Kristalls wird durch die Dimension der Periodizität der Strukturen festgelegt. Ein dreidimensionaler photonischer Kristall umfasst Strukturen, die sich in drei Raumrichtungen periodisch fortsetzen. Ein photonischer Kristall in zwei Dimensionen umfasst äquivalente Strukturen, die in zwei Raumrichtungen periodisch ausgebildet sind. Es werden jeweils solche Photonen von dem photonischen Kristall reflektiert, deren Energie innerhalb der photonischen Bandlücke liegt und die parallel zu den periodischen Strukturen einfallen.
Ein zweidimensionaler photonischer Kristall wird beispielsweise durch erste säulenartige Bereiche und zweite säulenartige Bereiche ausgebildet, die senkrecht zu einer Hauptfläche des Konversionselements stehen, wobei die Endflächen der zweiten Bereiche in der Hauptfläche des Konversionselements gemäß einer hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet sind.
Ist das keramische Konversionselement als photonischer Kristall ausgebildet, so lassen sich in der Regel Effekte der photonischen Bandlücke mit Vorteil ausnutzen. Besonders bevorzugt weist der photonische Kristall eine photonische Bandlücke auf, die dem zweiten und/oder dem dritten Wellenlängenbereich entspricht. Mit anderen Worten entspricht die photonische Bandlücke bevorzugt zumindest der Emissionswellenlänge eines der verwendeten Leuchtstoffe.
Der photonische Kristall ist weiterhin bevorzugt derart ausgebildet, dass Strahlung mit einer Energie innerhalb der Bandlücke, die parallel zu der Hauptfläche des Konversionselements einfällt, durch den photonischen Kristall unterdrückt wird. Auf diese Art und Weise wird die ansonsten isotrope Emission des Leuchtstoffs parallel zur Hauptfläche des Konversionselements unterdrückt. Dies erhöht die Effizienz des Konversionselementes.
Bilden die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche einen photonischen Kristall aus, so können mit Vorteil Streueffekte durch die unterschiedlichen Brechungsindizes der ersten Bereiche und der zweiten Bereiche größtenteils vermieden werden. In den säulenartigen ersten Bereichen und/oder zweiten Bereichen kommt es weiterhin mit Vorteil in der Regel zu einem Wellenleitereffekt, der das Licht lediglich mit geringen Verlusten aus dem Konversionselement führt. Besonders bevorzugt ist der Brechungsindex der ersten und/oder zweiten Bereiche größer als der Brechungsindex des umgebenden Mediums.
Als wellenlängenkonvertierendes keramisches Material oder als Material für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: (Y, Lu, Gd)₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺, (Sr, Ba, Ca)₂Si₂O₂N₂:Eu²⁺, (Sr, Ba, Ca)₂Si₃O₆N₁₂:Eu²⁺, (Sr, Ba, Ca)₂Si₅N₈:Eu²⁺, (Sr, Ba, Ca)AlSiN₃:Eu²⁺, Si_6-xAl_xO_xN_8-x:Eu²⁺, (Sr, Ba, Ca)₂SiO₄:Eu²⁺, (Sr, Ba, Ca)₂Si(O, N)₄:Eu²⁺, CaS:Eu²⁺.
Das keramische Konversionselement ist insbesondere dazu geeignet, in einem optoelektronischen Halbleiterbauelement in Verbindung mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper verwendet zu werden. Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist beispielsweise einen Halbleiterkörper auf, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs von seiner Strahlungsfläche aussendet. Das keramische Konversionselement ist besonders bevorzugt mit der ersten Hauptfläche über der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Das keramische Konversionselement wandelt zumindest einen Teil der von dem Halbleiterkörper ausgesandten Strahlung in Strahlung eines vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs um.
Besonders bevorzugt ist das keramische Konversionselement mit seiner zweiten Hauptfläche in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht. Hierdurch kann insbesondere im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements eine bessere Wärmeableitung von dem Konversionselement erzielt werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Begriff ”dass das Konversionselement in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht ist”, auch verstanden wird, dass das Konversionselement mittels einer Fügeschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers befestigt ist. Diese Fügeschicht kann beispielsweise ein Silikon umfassen oder aus einem Silikon bestehen.
Bevorzugt sendet der Halbleiterkörper elektromagnetische Strahlung aus, die Strahlung aus dem ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich umfasst, das heißt, dass der erste Wellenlängenbereich ultraviolette blaue und/oder grüne Strahlung aufweist. Besonders bevorzugt sendet der Halbleiterkörper blaues Licht aus. In diesem Fall weist der erste Wellenlängenbereich blaues Licht auf.
Das Konversionselement ist hierbei besonders bevorzugt dazu geeignet, einen Teil des von dem Halbleiterkörper ausgesandten blauen Lichts des ersten Wellenlängenbereichs in gelbes Licht umzuwandeln. In diesem Fall weist der zweite Wellenlängenbereich gelbes Licht auf.
Auf diese Art und Weise entsteht weißes Mischlicht, das sich aus unkonvertierter Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs (blaues Licht) und konvertierter Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs (gelbes Licht) zusammensetzt.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das Konversionselement dazu ausgebildet ist, blaues Licht des Halbleiterkörpers zumindest teilweise in grünes Licht und rotes Licht umzuwandeln. In diesem Fall weist der erste Wellenlängebereich blaues Licht, der zweite Wellenlängenbereich grünes Licht und der dritte Wellenlängenbereich rotes Licht auf. Auch auf diese Art und Weise kann weißes Mischlicht erzeugt werden, das sich aus konvertierter Strahlung des zweiten und des dritten Wellenlängenbereichs und unkonvertierter Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zusammensetzt.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das Konversionselement einen Teil des von dem Halbleiterkörper ausgesandten blauen Lichts des ersten Wellenlängenbereichs in gelbes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs und einen weiteren Teil in rotes Licht des dritten Wellenlängenbereichs umwandelt. Auf diese Art und Weise entsteht weißes Mischlicht, mit einem Farbort im warmweißen Bereich der CIE-Normfarbtafel besonders bevorzugt um einen Bereich von zirka 3000 K.
Beispielsweise sind die ersten Bereiche des Konversionselements dazu geeignet, blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs, das von dem Halbleiterkörper ausgesandt wird, in gelbes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Die zweiten Bereiche sind beispielsweise dazu geeignet, blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs, das von dem Halbleiterkörper ausgesandt wird, in rotes Licht des dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Sendet der Halbleiterkörper ultraviolettes Licht aus, so wird das ultraviolette Licht des Halbleiterkörpers durch das keramische Konversionselement bevorzugt möglichst vollständig in sichtbares Licht umgewandelt, um eine besonders hohe Effizienz des Halbleiterbauelements zu erzielen. Besonders bevorzugt werden hierbei ein Teil der von dem Halbleiterkörper ausgesandten ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in gelbes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs und der restliche Teil der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in blaues Licht des dritten Wellenlängenbereichs umgewandelt, so dass das Halbleiterbauelement weißes Licht aussendet.
Weiterhin ist es auch möglich, dass das Konversionselement einen Teil der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in blaues Licht (zweiter Wellenlängenbereich), einen weiteren Teil der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in grünes Licht (dritter Wellenlängenbereich) und den restlichen Teil der ultravioletten Strahlung in rotes Licht (vierter Wellenlängenbereich) umwandelt, so dass das Halbleiterbauelement ebenfalls weißes Mischlicht aussendet, das sich aus der konvertierten Strahlung des zweiten, des dritten und des vierten Wellenlängenbereichs zusammensetzt. Hierzu umfasst das Konversionselement einen weiteren Leuchtstoff, der dazu geeignet ist, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vierten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Das keramische Konversionselement kann beispielsweise mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Es wird eine Sol-Gel-Lösung mit einem keramischen Grundmaterial bereitgestellt.
Die Sol-Gel-Lösung kann als Basis für ein Grundmaterial für eine Keramik beispielsweise eines der folgenden Materialien umfassen: TiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂. Weiterhin kann die Sol-Gel-Lösung auch ein oder mehrere Materialien gemäß der folgenden Formel aufweisen oder aus einem oder mehreren Materialien gemäß der folgenden Formel bestehen: M(OR)_n, wobei M = Ti, Al, Zr, Si, Ln und OR ein Alkoholat oder ein Carboxylat bezeichnet und n ein ganze Zahl, bevorzugt 3 oder 4, ist.
Hierbei ist der Sol-Gel-Lösung besonders bevorzugt ein Dotiermaterial, wie beispielsweise Cer und/oder Europium zugegeben, das Wellenlängenkonversionen in dem später gebildeten keramischen Material ermöglicht. Es ist aber auch möglich, dass das keramische Grundmaterial frei ist von einem Dotiermaterial, so dass die gebildete Keramik keine wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften aufweist.
In die Sol-Gel-Lösung wird ein polymeres Tensid, wie beispielsweise ein Coblockpolymer, eingebracht.
In einem nächsten Schritt bilden die polymeren Tenside geordnete Bereiche in der Sol-Gel-Lösung durch Selbstassemblierung aus. Beispielsweise können die Tenside aufgrund von Selbstassemblierung kugelförmige Aggregate, etwa Mizellen oder Vesikel, bilden, die sich innerhalb des Grundmaterials zu hexagonalen Mustern, bevorzugt zu einer hexagonal dichtesten Kugelpackung, anordnen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die polymeren Tenside stabförmige, zylindrische Aggregate bilden, die sich bevorzugt hexagonal anordnen. Die geordneten Aggregate bilden später bevorzugt luftgefüllte Bereiche in dem Konversionselement aus. Besonders bevorzugt bildet die Sol-Gel-Lösung mit den polymeren Tensiden eine geordnete flüssigkristalline Phase aus.
Besonders bevorzugt bilden die polymeren Tenside in der Sol-Gel-Lösung Formen aus, die den späteren zweiten Bereichen entsprechen, während die die polymeren Tenside umgebende Sol-Gel-Lösung entsprechend den späteren ersten Bereichen gebildet ist. Mit anderen Worten bilden die polymeren Tenside bevorzugt in der Sol-Gel-Lösung säulenartige Bereiche aus, die in einer Draufsicht auf eine Hauptfläche einer Sol-Gel-Schicht ein hexagonales regelmäßiges Muster angeordnet sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem hexagonalen Muster um eine hexagonal dichteste Kugelpackung.
Die Selbstassemblierung von polymeren Tensiden in einer Sol-Gel-Lösung zur Ausbildung von Materialien mit regelmäßigen Strukturen auf Mikrometerskala und Nanometerskala ist beispielsweise in einer der folgenden Druckschriften beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird: M. Patel et al., Chem. Mater. 2008, 20, 6029 bis 6040; F. Schüth, Angew. Chem., 2003, 115, 3730 bis 3750; C.-W. Wu, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 4544 bis 4545.
Es ist nicht zwingend notwendig, dass sich bereits bei der Selbstassemblierung der polymeren Tenside innerhalb der Sol-Gel-Lösung geordnete Bereiche entstehen, deren Form den späteren ersten Bereichen und zweiten Bereichen des Konversionselementes entsprechen. Vielmehr ist es auch möglich, dass dies erst bei einer späteren Kalzinierung der Sol-Gel-Lösung erfolgt.
Die Sol-Gel-Lösung wird nun gealtert, so dass das Grundmaterial der Sol-Gel-Lösung um die Strukturen der selbstassemblierten polymeren Tenside herum kondensiert und/oder kristallisiert.
Dann wird die Sol-Gel-Lösung kalziniert und gesintert, so dass aus der Sol-Gel-Lösung keramische erste Bereiche und aus den polymeren Tensiden luftgefüllte zweite Bereiche gebildet werden. Bei dem Sintern der Sol-Gel-Lösung wird die Sol-Gel-Lösung mit den eingebrachten polymeren Tensiden in der Regel derart hohen Temperaturen ausgesetzt, dass die polymeren Tenside zersetzt werden und eine poröse Keramik ohne organische Bestandteile zurück bleibt.
Besonders bevorzugt wird die Sol-Gel-Lösung vor dem Altern als Sol-Gel-Schicht auf einen Träger aufgebracht. Als Träger wird besonders bevorzugt ein elektrisch leitender Träger verwendet. Der Träger weist daher besonders bevorzugt elektrisch leitendes Material, wie ein Metall, auf oder ist mit einer elektrisch leitenden Schicht, etwa einer Metallschicht, beschichtet.
Besonders bevorzugt wird in die luftgefüllten zweiten Bereiche eine Suspension mit Leuchtstoffpartikeln eingebracht, die dazu geeignet sind, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Dies erfolgt besonders bevorzugt mittels eines Elektrophoreseverfahrens. Um das Elektrophoreseverfahren durchführen zu können, ist der Träger elektrisch leitend ausgebildet oder mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen. Auf diese Art und Weise dient der Träger als Elektrode, die sich in der Suspension mit dem einzubringenden Leuchtstoff befindet. Der Leuchtstoff trägt in der Regel Ladungen auf seiner Oberfläche, so dass sich die Leuchtstoffpartikel bei Anlegen eines elektrischen Feldes während des Elektrophoreseprozesses in Richtung der Elektrode bewegen. Auf diese Art und Weise ist es vorteilhafterweise möglich, den Leuchtstoff gezielt in die Kanäle des porösen keramischen Materials einzubringen. Besonders bevorzugt bilden die luftgefüllten Bereiche hierbei einen durchgehenden Bereich innerhalb der umgebenden keramischen zweiten Bereiche aus.
Gemäß einer Ausführungsform des keramischen Konversionselements verbleiben die Leuchtstoffpartikel ungesintert in den zweiten Bereichen. Bei dieser Ausführungsform werden die ersten Bereiche bevorzugt vor dem Einbringen der Leuchtstoffpartikel in die zweiten Bereiche zu einer Keramik gesintert.
Alternativ werden die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche nach dem Einbringen des Leuchtstoffs in die luftgefüllten Bereiche gesintert, so dass sich ein keramisches Konversionselement mit keramischen ersten Bereichen und keramischen zweiten Bereichen ausbildet.
Die Dicke der gesinterten keramischen Schicht mit den ersten Bereichen und den zweiten Bereichen liegt bevorzugt zwischen einschließlich 20 μm und einschließlich 400 μm.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens bilden die polymeren Tenside in der Sol-Gel-Lösung geordnete säulenartige Bereiche aus, die einen Winkel von circa. 60° mit einer Hauptfläche der Sol-Gel-Lösung oder ggf. des Trägers einschließt. Zur Bildung eines Konversionselements mit säulenartigen Bereichen, die senkrecht auf einer Hauptfläche des Konversionselements stehen, kann das gesinterte Konversionselement entsprechend geschliffen werden.
Bevorzugt weisen die Kristallite des keramischen Materials und/oder die Leuchtstoffpartikel in der Suspension einen Durchmesser auf, der kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes. Besonders bevorzugt beträgt ein Durchmesser der Kristallite und/oder der Leuchtstoffpartikel höchstens 50 nm. Auf diese Art und Weise kann bei dem Konversionselement Streuung von Licht möglichst vollständig unterbunden werden.
Das vorliegende Konversionselement weist in der Regel eine Vorzugsrichtung der säulenartigen Bereiche auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche des Konversionselements verläuft. Eine solche Strukturierung des Volumenmaterials des Konversionselements führt zu einer Erhöhung des Anteils an Strahlung, die beim Durchgang durch das Konversionselement in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche reflektiert wird. Hierdurch kann mit Vorteil insbesondere die Abstrahlung von konvertierter als auch unkonvertierter elektromagnetischer Strahlung über die Seitenflächen des Konversionselementes wirksam verringert werden. Bei dem vorliegenden Konversionselement sind die Lichtwege von konvertierter und unkonvertierter Strahlung durch die ersten Bereiche und zweiten Bereiche im Wesentlichen getrennt. Auf diese Art und Weise lässt sich die Abstrahlcharakteristik des Konversionselements hinsichtlich seiner Farbe homogenisieren. Weiterhin kann durch Steuerung der Anzahl der ersten beziehungsweise zweiten Bereiche mit Vorteil der Farbort des von dem keramischen Konversionselement ausgesandten Lichtes besonders einfach angepasst werden. Hierbei kann vorteilhafterweise auf eine Änderung der chemischen Komposition des Keramikkonverters verzichtet werden, was eine vereinfachte Prozessführung zur Folge hat.
Es versteht sich von selber, dass Ausführungsformen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem Konversionselement beschrieben sind, ebenfalls in Verbindung mit dem optoelektronischen Bauelement und dem Verfahren verwendet sein können. Weiterhin können auch Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, Verwendung bei dem Konversionselement sowie bei dem Halbleiterbauelement finden. Ebenfalls können Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem Halbleiterbauelement beschrieben sind, bei dem Verfahren und dem Konversionselement ausgebildet werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines keramischen Konversionselements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das keramische Konversionselement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1.
Die 3 und 4A zeigt jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines keramischen Konversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4B zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 bis 10 zeigen schematische Darstellungen anhand derer ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Konversionselements beschrieben wird.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung von 11 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Das keramische Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 weist eine Vielzahl erster säulenartiger Bereiche 2 und eine Vielzahl zweiter säulenartiger Bereiche 3 auf. Die ersten säulenartigen Bereiche 2 sind hierbei von den zweiten säulenartigen Bereichen 3 verschieden. Die ersten Bereiche 2 sind keramisch ausgebildet und dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs, der bevorzugt blaues Licht umfasst, in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der zweite Wellenlängenbereich weist bevorzugt gelbes Licht auf. Die zweiten Bereiche 3 sind bei dem Konversionselement gemäß der 1 hingegen luftgefüllt.
Die ersten Bereiche 2 und die zweiten Bereiche 3 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel senkrecht zu einer Hauptfläche 4 des Konversionselementes 1 angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Rotationsachse 5 einer zylindrischen Einhüllenden 6, die jeweils einem der Bereiche 2, 3 zugeordnet sind, auf einer Hauptfläche 7 des Konversionselements 1 senkrecht steht.
Bei dem Konversionselement 1 der 1 ist eine Hauptfläche 7 als Strahlungseintrittsfläche vorgesehen, während die der Strahlungseintrittsfläche gegenüberliegende Hauptseite 8 als Strahlungsaustrittsfläche dienen soll.
Die ersten Bereiche 2 und die zweiten Bereiche 3 durchdringen vorliegend das Konversionselement 1 von seiner ersten Hauptfläche 7 zu seiner zweiten Hauptfläche 8 vollständig.
Weiterhin bilden die zweiten Bereiche 3 in einer Draufsicht auf die Hauptfläche 7, 8 des Konversionselements 1 ein hexagonales Muster aus, wie in 2 dargestellt. vorliegend sind die zweiten Bereiche 3 in einer Draufsicht auf die Hauptfläche 7 des Konversionselements 1 in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet. Das hexagonale Muster ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht durchgehend auf der gesamten Hauptfläche 7 ausgebildet. Vielmehr sind verschiedene Bereiche der Hauptfläche 7 zwar jeweils gemäß einer hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet, die hexagonal dichtesten Kugelpackungen weisen jedoch keine gemeinsamen Symmetrieachsen auf. Beispielsweise können die hexagonalen Muster in den unterschiedlichen Bereichen der Hauptfläche 7 gegeneinander verdreht angeordnet sein.
Aufgrund der Anordnung der säulenartigen ersten und zweiten Bereiche 2, 3 gemäß einer hexagonal dichtesten Kugelpackung und den unterschiedlichen Brechungsindizes der ersten Bereiche 2 und der zweiten Bereiche 3 bilden die ersten Bereiche 2 und die zweiten Bereiche 3 einen zweidimensionalen photonischen Kristall bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 aus.
Das Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 weist im Unterschied dem Konversionselement 1 gemäß der 1 eine Vielzahl an ersten keramischen Bereichen 2 auf, die keine wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften haben. Besonders bevorzugt sind die keramischen ersten Bereiche 2 hierbei gut durchlässig für sichtbares Licht, insbesondere für die Strahlung des ersten und des dritten Wellenlängenbereichs.
Die zweiten Bereiche 3 des Konversionselements 1 der 3 sind mit wellenlängenkonvertierenden Partikeln eines Leuchtstoffs gefüllt. Die Leuchtstoffpartikel sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, der von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Das Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4A weist im Unterschied zu dem Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Vielzahl an zweiten Bereichen 3 auf, die keramisch ausgebildet sind. Die zweiten Bereiche 3 sind weiterhin dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten und zweiten verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der erste Wellenlängenbereich weist bevorzugt blaues Licht, der zweite Wellenlängenbereich bevorzugt gelbes Licht und der dritte Wellenlängenbereich bevorzugt rotes Licht auf.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4B weist einen Halbleiterkörper 9 mit einer aktiven Zone 10 auf, die dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs auszusenden. Die aktive Zone 10 umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur zur Strahlungserzeugung.
Der Halbleiterkörper 9 sendet vorliegend elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs von seiner Strahlungsaustrittsfläche 11 aus, wobei der erste Wellenlängenbereich blaues Licht aufweist oder aus blauem Licht gebildet ist. Auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterkörpers 9 ist ein keramisches Konversionselement 1 aufgebracht, wie es bereits anhand von 4A beschrieben wurde. Das keramische Konversionselement 1 ist dazu geeignet, einen Teil der von dem Halbleiterkörper 9 ausgesandten blauen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs und eines vom ersten und zweiten verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Vorliegend wandeln die ersten Bereiche 2 des Konversionselements 1 einen Teil der blauen Strahlung des Halbleiterkörpers 9 in gelbes Licht um, während die zweiten Bereiche 3 des Konversionselements 1 einen Teil der von dem Halbleiterkörper 9 ausgesandten blauen Strahlung in rotes Licht umwandeln. Ein weiterer Teil der blauen Strahlung des Halbleiterkörpers 9 durchläuft das Konversionselement 1 unkonvertiert. Von der Strahlungsaustrittsfläche 7 des Konversionselements 1 wird Mischlicht ausgesandt, das sich aus blauer unkonvertierter Strahlung des Halbleiterkörpers 9 sowie durch die ersten Bereiche 2 konvertiertes, gelbes Licht und durch die zweiten Bereiche 3 konvertiertes, rotes Licht zusammensetzt. Das Mischlicht, das das optoelektronische Bauelement gemäß 4B aussendet, weist bevorzugt einen Farbort auf, der im warmweißen Bereich der CIE-Normfarbtafel liegt.
Das Konversionselement 1 ist vorliegend mittels einer Fügeschicht 12 auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers befestigt. Die Fügeschicht 12 ist aus einem Silikonharz gebildet.
Seitlich des Konversionselements 1 ist auf dem Halbleiterkörper 9 ein Bondpad 13 aufgebracht, das dazu vorgesehen ist, den Halbleiterkörper 9 elektrisch zu kontaktieren.
Ein keramisches Konversionselement 1, wie es beispielsweise anhand der 1, 2, 3 und 4A bereits beschrieben wurde, kann beispielsweise mit dem im Folgenden beschriebenen verfahren hergestellt werden.
Es wird eine Sol-Gel-Lösung 14 mit einem keramischen Grundmaterial 15 bereitgestellt, wobei das Grundmaterial 15 zur Herstellung eines der Konversionselemente 1 der 1, 2 und 4A dazu geeignet ist, eine wellenlängenkonvertierende Keramik auszubilden. Hierzu weist die Sol-Gel-Lösung 14 beispielsweise Kristallite der späteren Keramik auf. Die Kristallite und/oder die Sol-Gel-Lösung 14 weist weiterhin einen Dotierstoff auf, der für die Wellenlängenkonversion verantwortlich ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um Cer als Dotierstoff handeln. Die Kristallite des Grundmaterials 15 sind besonders bevorzugt aus einem YAG-Material gebildet.
Zur Herstellung eines Konversionselements gemäß der 3, bei dem die ersten Bereiche 2 aus einer nicht-wellenlängenkonvertierenden Keramik gebildet sind, weist das Grundmaterial keinen Dotierstoff auf.
In die Sol-Gel-Lösung 14 werden polymere Tenside 16 eingebracht (5). Bei den polymeren Tensiden 16 kann es sich beispielsweise um ein Coblockpolymer handeln, das aus zumindest zwei unterschiedlichen Molekülen zusammengesetzt ist, die unterschiedliche Benetzungseigenschaften in der Sol-Gel-Lösung 14 aufweisen.
Die Sol-Gel-Lösung 14 wird in einer Sol-Gel-Schicht 17 auf einen Träger 18 aufgebracht (6). In einem nächsten Schritt findet eine Selbstassemblierung der polymeren Tenside 16 in der Sol-Gel-Lösung 14 statt, so dass die polymeren Tenside 16 geordnete Bereiche in der Sol-Gel-Schicht 17 ausbilden. Beispielsweise bilden die polymeren Tenside 16 zylindrisch angeordnete Mizellen aus einem oder mehreren Polymeren aus. Weiterhin können die polymeren Tenside 16 auch kugelförmige Mizellen ausbilden, die sich in der Sol-Gel-Schicht 17 bevorzugt in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung anordnen.
Der Träger 18 ist bevorzugt elektrisch leitend ausgebildet, um in einem nachfolgenden Schritt als Elektrode in einem Elektrophoreseverfahren dienen zu können. Hierzu weist der Träger 18 entweder eine metallische Schicht auf oder ist aus einem Metall gebildet.
Die Sol-Gel-Schicht 17 wird nun gealtert, so dass das Grundmaterial 15 um die Strukturen der selbstassemblierten polymeren Tenside 16 herum kondensiert (nicht dargestellt).
Anschließend wird die Sol-Gel-Schicht 17 kalziniert und gesintert, so dass aus der Sol-Gel-Schicht 17 säulenartige, keramische erste Bereiche 2 und aus den polymeren Tensiden 16 säulenartige luftgefüllte zweite Bereiche 3 gebildet werden (7).
Wird die Sol-Gel-Schicht 17 nun gesintert und der Träger 18 abgelöst (nicht dargestellt), so erhält man ein Konversionselement 1, wie es beispielsweise anhand der 1 und 2 bereits beschrieben wurde.
In einem weiteren Schritt wird nun eine Suspension 19 mit Leuchtstoffpartikeln 20 mittels Elektrophorese in die luftgefüllten zweiten Bereiche 3 eingebracht. Die Leuchtstoffpartikel 20 sind dazu geeignet, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der Träger 18 dient hierbei als Elektrode, so dass sich die Leuchtstoffpartikel 20 aufgrund von Oberflächenladungen zu dem Träger 18 und in die luftgefüllten Bereiche 3 hineinbewegen, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird (8).
In einem nächsten Schritt werden nun die ersten Bereiche 2 und die zweiten Bereiche 3 gesintert, so dass sich ein keramisches Konversionselement 1 mit keramischen ersten Bereichen 2 und keramischen zweiten Bereichen 3 auf dem Träger 18 ausbildet (9). Anschließend wird der Träger 18 wieder entfernt (10).
Alternativ ist es auch möglich, dass die ersten Bereiche 2 vor dem Füllen der zweiten Bereiche 3 mit Leuchtstoffpartikeln 20 gesintert werden und die Leuchtstoffpartikel 20 ungesintert in den zweiten Bereichen 3 verbleiben.
In 10 sind weiterhin für die keramischen zweiten Bereiche 3 zylindrische Einhüllende 6 dargestellt. Sei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 11 ordnen sich die polymeren Tenside 16 in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung innerhalb der Sol-Gel-Schicht 17 an. Nach den Sintern der Sol-Gel-Schicht 17 bilden sich keramische erste Bereiche 2 und luftgefüllte zweite Bereiche 3 aus, die mit einer Hauptfläche der Sol-Gel-Schicht einen Winkel α von ungefähr 60° ausbilden. Es ist nun möglich, das Konversionselement 1 mit solchen schrägen ersten Bereichen 2 und zweiten Bereichen 3 zu verwenden. Weiterhin ist es aber auch möglich, beispielsweise durch Schleifen, ein Konversionselement 1 zu erzielen, bei dem die ersten Bereiche 2 und die zweiten Bereiche 3 bis auf Herstellungstoleranzen senkrecht auf der Hauptfläche 7, 8 des Konversionselements 1 stehen. Ein solches Konversionselement 1 ist in 11 gestrichelt dargestellt.
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 den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. Patel et al., Chem. Mater. 2008, 20, 6029 bis 6040; F. Schüth, Angew. Chem., 2003, 115, 3730 bis 3750; C.-W. Wu, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 4544 bis 4545 [0051]

Claims

Keramisches Konversionselement (1) mit einer Vielzahl erster säulenartiger Bereiche (2) und einer Vielzahl zweiter säulenartiger Bereiche (3), die von den ersten Bereichen (2) verschieden sind, wobei – die ersten Bereiche (2) keramisch ausgebildet sind, – die zweiten Bereiche (3) in einer Draufsicht auf eine Hauptfläche (7) des Konversionselements (1) gemäß einem hexagonalen Muster angeordnet sind, und – zumindest entweder die ersten Bereiche (2) dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, oder – zumindest die zweiten Bereiche (3) dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, wobei der dritte Wellenlängenbereich vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Keramisches Konversionselement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die zweiten Bereiche (3) in einer Draufsicht auf die Hauptfläche (7) des Konversionselements (1) gemäß einer hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet sind.
Keramisches Konversionselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die zweiten Bereiche (3) luftgefüllt sind und die ersten Bereiche (2) dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Keramisches Konversionselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die zweiten Bereiche (3) ein keramisches Material oder Leuchtstoffpartikel aufweisen, das dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten und zweiten verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Keramisches Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die ersten Bereiche (2) und/oder die zweiten Bereiche (3) senkrecht zu der Hauptfläche (7) des Konversionselements (1) angeordnet sind.
Keramisches Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die ersten Bereiche (2) und/oder zweiten Bereiche (3) das Konversionselement (1) von einer ersten Hauptfläche (7) des Konversionselements (1) zu einer zweiten Hauptfläche (8) des Konversionselements (1) vollständig durchdringen, wobei die erste Hauptfläche (7) der zweiten Hauptfläche (8) gegenüberliegt.
Keramisches Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die ersten Bereiche (2) und die zweiten Bereiche (3) einen photonischen Kristall bilden.
Keramisches Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der erste Wellenlängenbereich blaues Licht, der zweite Wellenlängenbereich gelbes Licht und der dritte Wellenlängenbereich rotes Licht aufweist.
Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper (9), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereiches von seiner Strahlungsaustrittsfläche (11) aussendet und einem keramischen Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, das mit einer Hauptfläche (7, 8) über der Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterkörpers (9) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der von dem Halbleiterkörper (9) ausgesandten Strahlung durch das Konversionselement (1) in Strahlung eines vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umgewandelt wird.
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Konversionselement (1) mit einer Hauptfläche (7, 8) in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterkörpers (9) aufgebracht ist.
verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements (1) nach einem der obigen Ansprüche mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Sol-Gel-Lösung (14) mit einem keramischen Grundmaterial (15), wobei das Grundmaterial (15) dazu geeignet ist, eine Keramik auszubilden, – Einbringen eines polymeren Tensids (16) in die Sol-Gel-Lösung (14), – Selbstassemblierung des polymeren Tensids (16) in der Sol-Gel-Lösung (14), so dass die polymeren Tenside (16) geordnete Bereiche in der Sol-Gel-Lösung (14) ausbilden, und – Altern der Sol-Gel-Lösung (14), so dass das Grundmaterial (15) um die Strukturen der selbstassemblierten polymeren Tenside (16) herum kondensiert, und – Sintern der Sol-Gel-Lösung (14), so dass aus der Sol-Gel-Lösung keramische erste Bereiche (2) und aus den polymeren Tensiden (16) luftgefüllte zweite Bereiche (3) gebildet werden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Sol-Gel-Lösung (14) vor dem Altern als Sol-Gel-Schicht (17) auf einen Träger (18) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem der Träger (18) elektrisch leitend ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem in die luftgefüllten zweiten Bereiche (3) mittels Elektrophorese eine Suspension (19) mit Leuchtstoffpartikeln (20) eingebracht werden, wobei die Leuchtstoffpartikel (20) dazu geeignet sind, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die ersten Bereiche (2) und die zweiten Bereiche (3) gesintert werden, so dass sich ein keramisches Konversionselement (1) mit keramischen ersten Bereichen (2) und keramischen zweiten (3) Bereichen ausbildet.