DE102011116230B4 - Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements - Google Patents

Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements Download PDF

Info

Publication number
DE102011116230B4
DE102011116230B4 DE102011116230.9A DE102011116230A DE102011116230B4 DE 102011116230 B4 DE102011116230 B4 DE 102011116230B4 DE 102011116230 A DE102011116230 A DE 102011116230A DE 102011116230 B4 DE102011116230 B4 DE 102011116230B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conversion element
ceramic
fibers
platelets
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102011116230.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102011116230A1 (de
Inventor
Ute Liepold
Khanh Pham Gia
Carsten Schuh
Mikael Ahlstedt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE102011116230.9A priority Critical patent/DE102011116230B4/de
Priority to PCT/EP2012/067665 priority patent/WO2013056896A1/de
Priority to US14/350,881 priority patent/US9018671B2/en
Publication of DE102011116230A1 publication Critical patent/DE102011116230A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102011116230B4 publication Critical patent/DE102011116230B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/03—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite
    • C04B35/04—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on magnesium oxide, calcium oxide or oxide mixtures derived from dolomite based on magnesium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0003—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof containing continuous channels, e.g. of the "dead-end" type or obtained by pushing bars in the green ceramic product
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00844—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for electronic applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Keramisches Konversionselement (1) mit einer Vielzahl säulenartiger Bereiche (3), die innerhalb einer keramischen oder glasartigen Matrix (2) angeordnet sind, wobei
- die säulenartigen Bereiche (3) eine Vorzugsrichtung (7) aufweisen, die mit einer Normalen (6) der Hauptfläche (4, 5) des Konversionselements (1) einen Winkel (α) einschließt, der höchstens 45° beträgt,
- zumindest entweder die säulenartigen Bereiche (3) oder die Matrix (2) dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten, vom ersten verschiedenen Wellenlängenbereichs umzuwandeln, und
- die säulenartigen Bereiche (3) durch wellenlängenkonvertierende einkristalline oder keramische Fasern und/oder einkristalline oder keramische Plättchen gebildet sind, die mit einer reflektierenden Beschichtung (8) versehen sind.

Description

  • Es wird ein keramisches Konversionselement, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselementes angegeben.
  • In der Druckschrift US 2007 / 0 215 890 A1 sind beispielsweise keramische Konversionselemente offenbart, deren Volumenmaterial im Wesentlichen homogen ausgebildet ist. Solche Konversionselemente weisen in der Regel den Nachteil auf, dass sich die Farbe des von ihnen ausgesandten Lichts mit dem Betrachtungswinkel ändert. Insbesondere strahlen solche Konversionselemente in der Regel Licht über ihre Seitenflächen ab, wodurch dieser Effekt verstärkt wird.
  • Die Druckschrift US2011/0025951 A1 offenbart ebenfalls ein Konversionselement.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, ein keramisches Konversionselement anzugeben, bei dem die Farbe des ausgesandten Lichts in Abhängigkeit des Betrachtungswinkels homogenisiert ist. Weiterhin soll ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem solchen keramischen Konversionselement und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Konversionselementes angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch ein keramisches Konversionselement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 7 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen des Konversionselements, des optoelektronischen Halbleiterbauelements und des Verfahrens sind den jeweils abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Das keramische Konversionselement weist eine Vielzahl säulenartiger (kolumnarer) Bereiche auf, die innerhalb einer keramischen oder glasartigen Matrix angeordnet sind. Die säulenartigen Bereiche bilden zumindest abschnittsweise einen Zylinder aus. Beispielsweise sind die säulenartigen Bereiche aus mehreren zylinderförmigen Abschnitten zusammengesetzt, deren Rotationsachsen jeweils versetzt zueinander angeordnet sind. Insbesondere ist es bevorzugt möglich, einem säulenartigen Bereich eine zylinderförmige Einhüllende zuzuordnen. Besonders bevorzugt kann zumindest zwei verschiedenen säulenartigen Bereichen jeweils eine Einhüllende zugeordnet werden, wobei sich die Einhüllenden nicht überschneiden.
  • Die säulenartigen Bereiche weisen hierbei eine Vorzugsrichtung auf, die mit einer Normalen der Hauptfläche des Konversionselements einen Winkel einschließt, der höchstens 45° beträgt. Hiermit ist gemeint, dass die Rotationsachsen der zylinderförmigen Einhüllenden der säulenartigen Bereiche im Mittel einen Winkel mit der Normalen der Hauptfläche des Konversionselements einschließen, der höchstens 45° beträgt.
  • Besonders bevorzugt schließt die Vorzugsrichtung mit der Normalen der Hauptfläche des Konversionselements im Mittel einen Winkel ein, der höchstens 30°, besonders bevorzugt höchstens 20° beträgt.
  • Entweder die säulenartigen Bereiche oder die Matrix sind weiterhin dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Weiterhin ist es auch möglich, dass sowohl die säulenartigen Bereiche als auch die Matrix wellenlängenkonvertierend ausgebildet sind. Besonders bevorzugt konvertiert hier die Matrix Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in einen anderen Wellenlängenbereich als die säulenartigen Bereiche.
  • Besonders bevorzugt wird eine Strahlungsaustrittsfläche des Konversionselements durch die erste Hauptfläche gebildet oder verläuft parallel zu der ersten Hauptfläche.
  • Eine dem Konversionselement zugrundeliegende Idee ist, das Volumenmaterial des Konversionselements mit einer Strukturierung zu versehen, die eine Vorzugsrichtung aufweist, 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.
  • Gegenüber einem keramischen Konversionselement ohne Strukturierung des Volumenmaterials steht bei dem vorliegenden keramischen Konversionselement ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung, mit dem eine gezielte Änderung des Emissionsspektrums des Konversionselements möglich ist.
  • Besonders bevorzugt sind die säulenartigen Bereiche aus einem Material gebildet, das von dem Material der Matrix verschieden ist. Insbesondere weist das Material der säulenartigen Bereiche andere optische Eigenschaften, wie beispielsweise einen anderen Brechungsindex oder einen anderen Streuquerschnitt für elektromagnetische Strahlung, auf. Das Matrixmaterial kann auch andere wellenlängenkonvertierende Eigenschaften gegenüber dem Material der säulenartigen Bereiche aufweisen.
  • Die säulenartigen Bereiche können beispielsweise luftgefüllt, das heißt als Poren in der Matrix, ausgebildet sein.
  • Besonders bevorzugt durchdringt eine Vielzahl der säulenartigen Bereiche das Konversionselement von seiner ersten Hauptfläche zu seiner zweiten Hauptfläche vollständig. Besonders bevorzugt durchdringen mindestens 10 % der säulenartigen Bereiche das Konversionselement von seiner ersten Hauptfläche zu seiner zweiten Hauptfläche vollständig.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die säulenartigen Bereiche durch wellenlängenkonvertierende einkristalline oder keramische Fasern und/oder einkristalline oder keramische Plättchen gebildet.
  • Besonders bevorzugt werden Fasern und/oder Plättchen verwendet, die als Wachstumskeime für die Matrix dienen können, um eine gezielte texturierte Gefügeverkörperung der Matrix zu erreichen.
  • Die Fasern weisen bevorzugt einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 100 µm auf.
  • Besonders bevorzugt weisen die Fasern eine Länge auf, die circa dem Produkt aus der Wurzel der Zahl zwei mit der Dicke des Konversionselements entspricht. Hierdurch kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass eine Mehrheit der Fasern das Konversionselement ausgehend von der ersten Hauptfläche zu der zweiten Hauptfläche vollständig durchdringt. Bevorzugt liegt die Länge der Fasern zwischen einschließlich 57 µm und einschließlich 424 µm. Besonders bevorzugt liegt die Länge der Fasern zwischen einschließlich 113 µm und einschließlich 212 µm.
  • Die Plättchen weisen bevorzugt eine rechteckige Grundform auf. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Seite des Rechtecks länger als die andere Seite ausgebildet. Die Dicke der Plättchen liegt bevorzugt zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 30 µm. Zumindest eine Seitenkante der Plättchen weist bevorzugt eine Länge auf, die der Dicke des Konversionselements entspricht. Hierdurch kann vorteilhafterweise erzielt werden, dass eine Mehrheit der Plättchen das Konversionselement ausgehend von dessen erster Hauptfläche zu dessen zweiter Hauptfläche vollständig durchdringt.
  • Die Dicke des Konversionselements liegt bevorzugt zwischen einschließlich 40 µm und einschließlich 300 µm. Besonders bevorzugt liegt die Dicke des Konversionselements zwischen einschließlich 80 µm und 150 µm.
  • Weiterhin ist es beispielsweise auch möglich, dass die Matrix und die säulenartigen Bereiche beide wellenlängenkonvertierend ausgebildet sind und sich lediglich in der Dotierstoffkonzentration unterscheiden. Die Matrix und das Material der säulenartigen Bereiche weisen hierbei bevorzugt das gleiche Wirtsgitter auf, in das unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen eingebracht sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Konversionselements sind die Fasern und/oder die Plättchen mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Die Beschichtung kann spekular reflektierend oder diffus reflektierend ausgebildet sein. Die spekular reflektierende Beschichtung ist bevorzugt aus einem hochschmelzendem Edel- und/oder Refraktärmetall gebildet. Insbesondere ist zumindest eines der folgenden Metalle als spekular reflektierende Beschichtung geeignet: Silber, Aluminium, Rhodium, Platin. Eine diffus reflektierende Beschichtung umfasst bevorzugt eines der folgenden Materialien oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Titanoxid, Bariumsulfat, Siliziumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid.
  • Die reflektierende Beschichtung kann aus einer Einzelschicht bestehen oder aus einer Schichtenfolge mit einer Vielzahl an Einzelschichten, von denen sich zumindest zwei Schichten hinsichtlich ihres Materials unterscheiden.
  • Besonders bevorzugt weist die spekular reflektierende Beschichtung eine Dicke von mindestens 100 nm auf. Eine diffus reflektierende Beschichtung weist bevorzugt eine Dicke von mindestens 10 µm auf.
  • Besonders bevorzugt weist die spekular reflektierende Beschichtung der Fasern und/oder der Plättchen eine hohe Oberflächengüte auf, um unerwünschte Streuanteile gering zu halten. Eine solche hohe Oberflächengüte kann beispielsweise mit einem Sol-Gel-Faser-Zieh-Verfahren erzeugt werden.
  • Besonders bevorzugt sind Lichteintrittsflächen und Lichtaustrittsflächen der Fasern und/oder der Plättchen frei von der reflektierenden Beschichtung, um einen guten Durchtritts des Lichtes durch die Fasern und/oder durch die Plättchen zu gewährleisten. In der Regel sind die Endflächen der Fasern und/oder der Plättchen als Lichteintrittsflächen und als Lichtaustrittsflächen vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Konversionselementes ist der Brechungsindex n1 der säulenartigen Bereiche von dem Brechungsindex der Matrix verschieden. Besonders bevorzugt ist der Brechungsindex n1 der säulenartigen Bereiche größer als der Brechungsindex der Matrix n2. Besonders bevorzugt erfüllen der Brechungsindex der säulenartigen Bereiche n1 und der Brechungsindex der Matrix n2 die Bedingung für Totalreflexion Φc=arcsin(n2/n1) für möglichst viele Winkel Φc.
  • Auf diese Art und Weise kann insbesondere eine Totalreflexion der das Konversionselement durchlaufenden Strahlung erhöht werden.
  • Durch eine erhöhte Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen der Matrix und der säulenartigen Bereiche wird vorteilhafterweise die Strahlungsausbreitung innerhalb des Konversionselements parallel zu dessen erster Hauptfläche vermindert und die Ausbreitung der Strahlung innerhalb des Konversionselementes senkrecht zu dessen erster Hauptfläche anteilig begünstigt. Auf diese Art und Weise wird der Strahlungsaustritt aus den Seitenflächen des Konversionselementes vorteilhafterweise vermindert.
  • Ein stark unterschiedlicher Brechungsindex zwischen der Matrix und den säulenartigen Bereichen kann beispielsweise erzielt werden, indem keramische Fasern und/oder Plättchen in ein gläsernes Matrixmaterial eingebracht werden. Weiterhin weist auch ein keramisches Konversionselement, bei dem die säulenartigen Bereiche als luftgefüllte Poren innerhalb eines keramischen Matrixmaterials ausgebildet sind, einen vergleichsweise hohen Brechungsindexunterschied zwischen säulenartigen Bereichen und Matrixmaterial auf.
  • Die Fasern und/oder die Plättchen und/oder die Matrix kann beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien zur Wellenlängenkonversion aufweisen: mit Metallen der seltenen Erden dotierte 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 Silikate, 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, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Sialone.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Hauptfläche des keramischen Konversionselements eine Strukturierung gemäß des durch die Endflächen der Fasern und/oder der Plättchen vorgegebenen Musters auf. Besonders bevorzugt ist das Muster hierbei zumindest teilweise periodisch ausgebildet. Mit einer solchen Oberflächenstrukturierung können Reflexionsverluste an der Grenzfläche zwischen Konversionselement und Austrittsmedium vorteilhafterweise verringert werden. Insbesondere mittels einer periodischen Oberflächenstrukturierung kann vorteilhafterweise die Abstrahlrichtung der elektromagnetischen Strahlung positiv beeinflusst werden. Eine geeignete Oberflächenstrukturierung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2010 005 169 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • 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 eines ersten Wellenlängenbereiches von seiner Strahlungsaustrittsfläche aussendet, und weiterhin ein keramisches Konversionselement, das mit seiner der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche über der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Das keramische Konversionselement wandelt zumindest einen Teil der von dem Halbleiterkörper ausgesandten Strahlung in Strahlung eines vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenbereiches 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 mit dem 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.
  • Bevorzugt sendet der Halbleiterkörper elektromagnetische Strahlung aus, die Strahlung aus dem ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich umfasst. Besonders bevorzugt sendet der Halbleiterkörper blaues Licht aus.
  • Besonders bevorzugt weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, der sichtbares, blaues Licht aussendet. Das Konversionselement ist hierbei besonders bevorzugt dazu geeignet, einen Teil des von dem Halbleiterkörper ausgesandten blauen Lichts in gelbes oder in grünes und rotes Licht umzuwandeln, so dass weißes Mischlicht entsteht, das sich aus konvertierter Strahlung und unkonvertierter Strahlung zusammensetzt.
  • 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 wird hierbei ein Teil der von dem Halbleiterkörper ausgesandten ultravioletten Strahlung in gelbes Licht und der restlichte Teil der ultravioletten Strahlung in blaues Licht umgewandelt, so dass das Halbleiterbauelement weißes Licht aussendet. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Konversionselement einen Teil der ultravioletten Strahlung in blaues Licht, einen weiteren Teil der ultravioletten Strahlung in grünes Licht und den restlichen Teil der ultravioletten Strahlung in rotes Licht umwandelt, so dass das Halbleiterbauelement ebenfalls weißes Mischlicht aussendet, das sich aus der konvertierten Strahlung zusammensetzt.
  • Ein keramisches Konversionselement kann beispielsweise mit dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
    • - Bereitstellen eines Grundmaterials für die keramische oder glasartige Matrix,
    • - Einbringen von Fasern und/oder Plättchen in das Grundmaterial, so dass ein Schlicker entsteht,
    • - Ziehen des Schlickers in eine Grünfolie, wobei die Fasern und/oder die Plättchen in einer Vorzugsrichtung parallel zu einer Hauptfläche der Grünfolie in Richtung der Ziehrichtung ausgerichtet werden und
    • - Weiterverarbeiten der Grünfolie zu einem keramischen Konversionselement, wobei aus dem Grundmaterial die Matrix und mittels der Fasern und/oder der Plättchen eine Vielzahl an säulenartigen Bereichen innerhalb
    der Matrix gebildet wird.
  • In der Regel wird die Grünfolie bei der Weiterverarbeitung zu einem keramischen Konversionselement einem Sinterprozess unterworfen.
  • Bei diesem Verfahren wird durch das Ziehen des Schlickers in eine Grünfolie eine Vorzugsrichtung der Fasern und/oder der Plättchen parallel zu einer Hauptfläche der Grünfolie erzielt. Durch Anpassen des Volumenanteils der Fasern und/oder der Plättchen bilden sich säulenartige Bereiche innerhalb des Matrixmaterials aus. Der Volumenanteil an Fasern und/oder Plättchen in dem Schlicker beträgt bevorzugt zumindest 10%.
  • Beim Ziehen in einen Schlicker wird bevorzugt eine Schlitzdüse verwendet. Die Öffnung der Schlitzdüse weist hierbei bevorzugt eine Abmessung von mindestens 150 µm, besonders bevorzugt von mindestens 500 µm auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Fasern und/oder die Plättchen durch Anlegen eines Magnetfelds entlang des Magnetfeldes parallel zu der Hauptfläche in Richtung der Vorzugsrichtung der Grünfolie ausgerichtet. Das Magnetfeld weist bevorzugt eine Feldstärke von mindestens 5 Tesla auf. Besonders bevorzugt erfolgt das Anlegen eines Magnetfeldes während des Ziehens des Schlickers in eine Grünfolie. Mit Hilfe des Magnetfeldes ist es vorteilhafterweise möglich, die Fasern und/oder Plättchen stärker in Richtung der Vorzugsrichtung auszurichten. Weiterhin können die Fasern und/oder die Plättchen auch durch Anlegen eines elektrischen Feldes entlang der Vorzugsrichtung ausgerichtet werden.
  • Die Fasern und/oder die Plättchen werden vor dem Einbringen in das Grundmaterial mit einer spekular oder diffus reflektierenden Beschichtung versehen. Die Beschichtung erfolgt beispielsweise mit einem der folgenden Verfahren: Chemical-Vapour-Deposition, nasschemische Abscheidung, Slurry-Fiber-Coating.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weisen die Fasern und/oder die Plättchen unterschiedliche Ätzraten auf. Eine erste Hauptfläche des keramischen Konversionselements wird weiterhin derart geätzt, dass eine Strukturierung der ersten Hauptfläche gemäß des durch die Fasern und/oder Plättchen vorgegeben Musters entsteht. So kann auf einfache Art und Weise eine Oberflächenstrukturierung der Strahlungsaustrittsfläche des keramischen Konversionselements erzeugt werden, die die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Konversionselement vorteilhafterweise erhöht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden organische Fasern und/oder Plättchen verwendet. Bei einem späteren Sinterprozess veraschen die in das Grundmaterial eingebrachten Fasern und/oder Plättchen in der Regel nahezu vollständig und hinterlassen luftgefüllte säulenartige Bereiche in dem aus dem Grundmaterial gebildeten Matrixmaterial.
  • Es versteht sich von selber, dass Ausführungsformen, die vorliegend lediglich in Verbindung mit dem Konversionselement beschrieben sind, ebenfalls in Verbindung mit dem Halbleiterbauelement 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.
    • 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines keramischen Konversionselementes gemäß einem Beispiel.
    • 2 bis 3 zeigen schematische Schnittdarstellungen eines keramischen Konversionselementes gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erste Hauptfläche eines keramischen Konversionselementes gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 5 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines keramischen Konversionselements.
    • 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • Anhand der 7 bis 9 wird ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens für ein keramisches Konversionselement erläutert.
  • 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 Beispiel der 1 weist eine keramische oder eine gläserne Matrix 2 auf, in die eine Vielzahl an säulenartigen Bereichen 3 eingebracht ist. Die säulenartigen Bereiche 3 können beispielsweise aus einkristallinen oder keramischen Fasern gebildet sein. Ein Großteil der Fasern durchdringt hierbei die gesamte Dicke des Konversionselementes 1 von einer ersten Hauptfläche 4 des Konversionselementes 1 zu einer zweiten Hauptfläche 5 des Konversionselementes 1. Die säulenartigen Bereiche 3 weisen eine Vorzugsrichtung 7 auf, die mit einer Normalen 6 der ersten Hauptfläche 4 des Konversionselements 1 einen Winkel α einschließt, der höchstens 45° beträgt. Dies bedeutet, dass die Rotationsachsen R der zylindrischen Einhüllenden der säulenartigen Bereiche 30 im Mittel mit der Normalen 6 der ersten Hauptfläche 4 einen Winkel α einschließt, der höchstens 45° beträgt.
  • Die Fasern sind vorliegend bevorzugt wellenlängenkonvertierend ausgebildet, dass heißt, sie sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs, bevorzugt blaues Licht, in elektromagnetische Strahlung eines vom ersten verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Matrix 2 wellenlängenkonvertierend ausgebildet ist, dass heißt, dass die Matrix 2 entweder einen weiteren Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten und zweiten Wellenlängenbereich verschiedenen dritten Wellenlängenbereichs umwandelt oder nur die Matrix 2 zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt. In dem Fall, in dem nur die Matrix 2 wellenlängenkonvertierend ausgebildet ist, können die säulenartigen Bereiche 3 insbesondere als luftgefüllte Poren ausgebildet sein.
  • Als glasartiges Material für die Matrix 2 eignet sich beispielsweise eines der folgenden Materialien: Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Quarzglas, Borsilikatglas.
  • Weiterhin kann die Matrix 2 auch aus einem keramischen Material gebildet sein.
  • Beispielsweise ist es auch möglich, dass die Matrix 2 aus keramischem YAG:Ce mit einer ersten Cer-Konzentration und die säulenartigen Bereiche 3 aus YAG:Ce mit einer zweiten Cer-Konzentration gebildet sind, wobei sich die erste Cer-Konzentration von der zweiten Cer-Konzentration unterscheidet. Die erste Cer-Konzentration und/oder die zweite Cer-Konzentration liegen bevorzugt zwischen 0% und einschließlich 6% und besonders bevorzugt zwischen 0% und einschließlich 4%.
  • Bevorzugt ist bei dem keramischen Konversionselement 1 die erste Hauptfläche 4 als Strahlungsaustrittsfläche und die zweite Hauptfläche 5, die der ersten Hauptfläche 4 gegenüberliegt, als Strahlungseintrittsfläche vorgesehen.
  • Das keramische Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 weist im Unterschied zu dem keramischen Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 säulenartige Bereiche 3 auf, die durch beschichtete einkristalline oder keramische Fasern gebildet sind. Die Fasern weisen eine diffus oder spekular reflektierende Beschichtung 8 auf ihrer Oberfläche auf. Eine spekular reflektierende Beschichtung 8 ist bevorzugt aus einem hochschmelzenden Edelmetall und/oder einem Refraktärmetall gebildet. Besonders bevorzugt weist insbesondere eine spekular reflektierende Beschichtung 8 eine hohe Oberflächengüte auf. Die reflektierende Beschichtung 8 ist dafür vorgesehen, die Reflexion von durch Strahlungseintrittsfläche eintretende Strahlung an der Grenzfläche zwischen den säulenartigen Bereichen 3 und der umgebenden Matrix 2 zu erhöhen und so eine Lenkung der Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche beim Durchgang der Strahlung durch das Konversionselement 1 zu verstärken.
  • Die reflektierende Beschichtung 8 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 lediglich auf den Mantelflächen der zylinderförmigen Fasern ausgebildet, während die Endflächen jeweils frei von der reflektierenden Beschichtung 8 sind. Auf diese Art und Weise wird der Lichtdurchtritt durch die Fasern durch die Endflächen nicht oder nur geringfügig gestört.
  • Das keramische Konversionselement 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 weist im Unterschied zu den keramischen Konversionselementen 1 der 1 und 2 keramische oder einkristalline Plättchen auf, die die säulenartigen Bereiche 3 ausbildeten. Die Plättchen weisen vorliegend eine rechteckige Grundstruktur auf.
  • Die Endflächen 9 der durch die Fasern gebildeten säulenartigen Bereiche 3 des Konversionselements 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 sind in einem vergleichsweise regelmäßigen Muster innerhalb der ersten Hauptfläche 4 angeordnet. Besonders bevorzugt geben die Endflächen 9 der Fasern hierbei auf der ersten Hauptfläche 4 ein im Wesentlichen periodisches Muster vor. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 sind die Materialien der Fasern und der Matrix 2 derart gewählt, dass diese deutlich unterschiedliche Löslichkeiten in einer Säure aufweisen. Wird die erste Hauptfläche 4 nun geätzt, so entsteht beim Ätzen der Oberfläche eine Strukturierung gemäß dem Muster der Endflächen 9 der Fasern. Ein Konversionselement 1 mit einer derartig geätzten ersten Hauptfläche ist in 5 schematisch gezeigt. Mittels einer solchen Oberflächenstrukturierung kann die Auskopplung aus der als Strahlungsaustrittsfläche ausgebildeten, ersten Hauptfläche 4 des Konversionselements 1 vorteilhafterweise erhöht werden.
  • Die Fasern können beispielsweise aus einem monokristallinen oder polykristallinen YAG:Ce-Material gebildet sein, während die Matrix beispielsweise aus einem undotierten YAG-Material geformt ist. Zum Ätzen der Faser kann beispielsweise eine Mischung aus Salpetersäure und Salzsäure, sogenanntes Königswasser, verwendet werden.
  • Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 weist einen Halbleiterkörper 10 auf, der dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung in seiner aktiven Zone 11 zu erzeugen.
  • Die aktive Zone 11 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 unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Besonders bevorzugt sendet der Halbleiterkörper 10 von seiner Strahlungsaustrittsfläche 12 elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich aus. Auf die Strahlungsaustrittsfläche 12 des Halbleiterkörpers 10 ist in direktem Kontakt ein Konversionselement 1 mit seiner zweiten Hauptfläche 5 aufgebracht. Die direkte Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper 10 und dem Konversionselement 1 wird vorliegend mittels einer Fügeschicht 13 erzielt, die zwischen dem Konversionselement 1 und dem Halbleiterkörper 10 aufgebracht ist. Die Fügeschicht 13 kann beispielsweise Silikon aufweisen oder aus Silikon bestehen. Das Konversionselement 1 kann beispielsweise ausgebildet sein, wie bereits anhand der 1 bis 5 beschrieben.
  • Besonders bevorzugt ist das Konversionselement 1 dazu vorgesehen, blaue Strahlung des Halbleiterkörpers 10 zumindest teilweise in gelbes Licht umzuwandeln, sodass das Halbleiterbauelement weißes Licht aussendet. Das blaue Licht, das in der aktiven Zone 11 erzeugt und von der Strahlungsaustrittsfläche 12 des Halbleiterkörpers 10 ausgesandt wird, wird zumindest teilweise beim Durchtritt durch das keramische Konversionselement 1 in gelbe Strahlung umgewandelt, sodass von der Strahlungsaustrittsfläche 4 des Konversionselements 1 weißes Licht ausgesandt wird.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 und 8 wird in einem ersten Schritt ein Grundmaterial 14 für die keramische oder glasartige Matrix 2 bereitgestellt. In das Grundmaterial 14 werden Fasern 15 und/oder Plättchen eingebracht, sodass ein Schlicker entsteht (nicht dargestellt). Mit einem nächsten Schritt wird der Schlicker, wie in 7 schematisch gezeigt, in eine Grünfolie gezogen, wobei die Fasern 15 und/oder die Plättchen in einer Vorzugsrichtung parallel zu einer Hauptfläche der Grünfolie in Richtung der Ziehrichtung 16 ausgerichtet werden. Dieser Schritt ist noch einmal in der Draufsicht in der 8 dargestellt. Bevorzugt wird zum Ziehen in einen Schlicker eine Schlitzdüse 17 verwendet.
  • In einem nächsten Schritt wird die Grünfolie zu einem keramischen Konversionselement 1 weiterverarbeitet. Hierbei wird aus dem Grundmaterial 14 die Matrix 2 des Konversionselements 1 und mittels der Fasern 15 und/oder der Plättchen eine Vielzahl an säulenartigen Bereichen 3 innerhalb der Matrix 2 gebildet. Insbesondere die Weiterverarbeitung der Grünfolie ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2010 005 169 im Detail beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Bei der Weiterverarbeitung der Grünfolie wird diese in der Regel gesintert. Werden Fasern 15 und/oder Plättchen verwendet, die organischer Natur sind, so veraschen diese bei dem Sinterprozess in der Regel nahezu vollständig und hinterlassen luftgefüllte Poren als säulenartige Bereiche 3 innerhalb des Matrixmaterials 2.
  • Zur Bildung von keramischen Konversionselementen 1 wird die entstehende keramische Platte besonders bevorzugt senkrecht zu den Hauptflächen der Platte in Konversionselemente 1 vereinzelt (9).
  • Besonders bevorzugt wird bei dem Ziehprozess ein vergleichsweise hohes Magnetfeld von einigen Tesla angelegt, das dazu beiträgt, die Plättchen und/oder die Fasern entlang der Vorzugsrichtung 16 auszurichten.
  • 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.

Claims (12)

  1. Keramisches Konversionselement (1) mit einer Vielzahl säulenartiger Bereiche (3), die innerhalb einer keramischen oder glasartigen Matrix (2) angeordnet sind, wobei - die säulenartigen Bereiche (3) eine Vorzugsrichtung (7) aufweisen, die mit einer Normalen (6) der Hauptfläche (4, 5) des Konversionselements (1) einen Winkel (α) einschließt, der höchstens 45° beträgt, - zumindest entweder die säulenartigen Bereiche (3) oder die Matrix (2) dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten, vom ersten verschiedenen Wellenlängenbereichs umzuwandeln, und - die säulenartigen Bereiche (3) durch wellenlängenkonvertierende einkristalline oder keramische Fasern und/oder einkristalline oder keramische Plättchen gebildet sind, die mit einer reflektierenden Beschichtung (8) versehen sind.
  2. Keramisches Konversionselement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem - die Matrix (2) durch ein wellenlängenkonvertierendes keramisches Material mit einer ersten Dotierstoffkonzentration gebildet ist, und die säulenartigen Bereiche (3) durch das wellenlängenkonvertierende Material mit einer zweiten, von der ersten Dotierstoffkonzentration verschiedenen Dotierstoffkonzentration gebildet sind.
  3. Keramisches Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Brechungsindex der säulenartigen (3) Bereiche von dem Brechungsindex der Matrix (2) verschieden ist.
  4. Keramisches Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste Hauptfläche (4) eine Strukturierung gemäß des durch die Endflächen (9) der Fasern und/oder der Plättchen vorgegeben Musters aufweist.
  5. Keramisches Konversionselement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Muster zumindest teilweise periodisch ausgebildet ist.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (10), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereiches von seiner Strahlungsaustrittsfläche (12) aussendet und einem keramischen Konversionselement (1) nach einem der obigen Ansprüche, das mit seiner der ersten Hauptfläche (4) gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche (5) über der Strahlungsaustrittsfläche (12) des Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil der von dem Halbleiterkörper (10) ausgesandten Strahlung durch das Konversionselement (1) in Strahlung eines vom ersten verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umgewandelt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements (1) mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Grundmaterials (14) für die keramische oder glasartige Matrix (2), - Einbringen von Fasern (15) und/oder Plättchen in das Grundmaterial (14), so dass ein Schlicker entsteht, - Ziehen des Schlickers in eine Grünfolie, wobei die Fasern (15) und/oder die Plättchen in einer Vorzugsrichtung parallel zu einer Hauptfläche der Grünfolie in Richtung der Ziehrichtung (16) ausgerichtet werden, und - Weiterverarbeiten der Grünfolie zu einem keramischen Konversionselement (1), wobei aus dem Grundmaterial (14) die Matrix (2) und mittels der Fasern (15) und/oder der Plättchen eine Vielzahl an säulenartigen Bereichen (3) innerhalb der Matrix (2) gebildet wird.
  8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Fasern (15) und/oder die Plättchen durch Anlegen eines Magnetfelds entlang einer Vorzugsrichtung parallel zu der Hauptfläche der Grünfolie ausgerichtet werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, bei dem die Fasern (15) und/oder Plättchen keramisch oder einkristallin ausgebildet sind.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Fasern (15) und/oder die Plättchen vor dem Einbringen in das Grundmaterial (14) mit einem Edelmetall oder einem Refraktärmetall beschichtet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Fasern (15) und/oder die Plättchen unterschiedliche Ätzraten aufweisen, und eine erste Hauptfläche (4) des keramischen Konversionselements (1) derart geätzt wird, dass eine Strukturierung der ersten Hauptfläche (4) gemäß des durch die Endflächen (9) der Fasern (15) und/oder Plättchen vorgegebenen Musters entsteht.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, bei dem die Fasern (15) und/oder die Plättchen organisch sind, so dass sie beim späteren Sintern der Grünfolie säulenartige, luftgefüllte Bereiche (3) in dem Matrixmaterial (2) hinterlassen.
DE102011116230.9A 2011-10-17 2011-10-17 Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements Active DE102011116230B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011116230.9A DE102011116230B4 (de) 2011-10-17 2011-10-17 Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
PCT/EP2012/067665 WO2013056896A1 (de) 2011-10-17 2012-09-10 Keramisches konversionselement, optoelektronisches halbleiterbauelement mit einem keramischen konversionselement und verfahren zur herstellung eines keramischen konversionselements
US14/350,881 US9018671B2 (en) 2011-10-17 2012-09-10 Ceramic conversion element, optoelectronic semiconductor component comprising a ceramic conversion element, and method for producing a ceramic conversion element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011116230.9A DE102011116230B4 (de) 2011-10-17 2011-10-17 Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011116230A1 DE102011116230A1 (de) 2013-04-18
DE102011116230B4 true DE102011116230B4 (de) 2018-10-25

Family

ID=47008503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011116230.9A Active DE102011116230B4 (de) 2011-10-17 2011-10-17 Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9018671B2 (de)
DE (1) DE102011116230B4 (de)
WO (1) WO2013056896A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011117381A1 (de) 2011-10-28 2013-05-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE102014116205B4 (de) * 2014-11-06 2022-09-01 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode und Leuchtdiode
JP6395048B2 (ja) * 2014-12-24 2018-09-26 日亜化学工業株式会社 パッケージ及び発光装置の製造方法
US11054112B2 (en) * 2017-12-22 2021-07-06 Lumileds Llc Ceramic phosphor with lateral light barriers
JP7101785B2 (ja) * 2017-12-22 2022-07-15 ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー 光バリアを有する蛍光体
US20200161506A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for Producing a Ceramic Converter Element, Ceramic Converter Element, and Optoelectronic Component
CN109782328B (zh) * 2019-01-11 2021-03-26 惠科股份有限公司 射线转换器和射线探测平板装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070215890A1 (en) 2006-03-17 2007-09-20 Philips Lumileds Lighting Company, Llc White LED for backlight with phosphor plates
JP2009140975A (ja) * 2007-12-04 2009-06-25 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光装置およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光装置の製造方法
US20100038665A1 (en) * 2006-10-12 2010-02-18 Panasonic Corporation Light-emitting device and method for manufacturing the same
US20110025951A1 (en) 2009-05-27 2011-02-03 Gary Wayne Jones High efficiency and long life optical spectrum conversion device and process
JP2011023560A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置
DE102010005169A1 (de) 2009-12-21 2011-06-22 OSRAM Opto Semiconductors GmbH, 93055 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5662939B2 (ja) 2009-05-22 2015-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体発光装置及びそれを用いた光源装置
FR2949117A1 (fr) * 2009-08-12 2011-02-18 Laurent Giol Dispositif luminescent et procedes associes.
US20110062468A1 (en) * 2009-09-11 2011-03-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Phosphor-converted light emitting diode device
JP5767245B2 (ja) * 2009-12-30 2015-08-19 メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＭｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ 水分子に対する拡散障壁としての成型構成物
WO2011092646A2 (en) * 2010-01-28 2011-08-04 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Lighting devices with prescribed colour emission
DE102010050832A1 (de) 2010-11-09 2012-05-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lumineszenzkonversionselement, Verfahren zu dessen Herstellung und optoelektronisches Bauteil mit Lumineszenzkonversionselement

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070215890A1 (en) 2006-03-17 2007-09-20 Philips Lumileds Lighting Company, Llc White LED for backlight with phosphor plates
US20100038665A1 (en) * 2006-10-12 2010-02-18 Panasonic Corporation Light-emitting device and method for manufacturing the same
JP2009140975A (ja) * 2007-12-04 2009-06-25 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光装置およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光装置の製造方法
US20110025951A1 (en) 2009-05-27 2011-02-03 Gary Wayne Jones High efficiency and long life optical spectrum conversion device and process
JP2011023560A (ja) * 2009-07-16 2011-02-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置
DE102010005169A1 (de) 2009-12-21 2011-06-22 OSRAM Opto Semiconductors GmbH, 93055 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement

Also Published As

Publication number Publication date
US9018671B2 (en) 2015-04-28
DE102011116230A1 (de) 2013-04-18
US20140306258A1 (en) 2014-10-16
WO2013056896A1 (de) 2013-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011116230B4 (de) Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem keramischen Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
DE112014004933T5 (de) Wellenlängenumwandlungselement, Verfahren zur Herstellung und Licht emittierender Halbleiterbauteil, welcher dasselbe aufweist
DE102011113962B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
EP1929548A1 (de) Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement
EP2067177B1 (de) Optoelektronisches bauelement
DE102007049005A1 (de) Strahlungsemittierende Vorrichtung
DE112017003014T5 (de) Leuchtstoffelement und Beleuchtungsvorrichtung
WO2019233731A1 (de) Optoelektronisches bauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils
DE102016104616A1 (de) Halbleiterlichtquelle
DE102012101892B4 (de) Wellenlängenkonversionselement, Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Anzeigevorrichtung damit sowie Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements
WO2013056895A1 (de) Keramisches konversionselement, optoelektronisches bauelement mit einem keramischen konversionselement und verfahren zur herstellung eines keramischen konversionselements
DE102005012953A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
WO2013060578A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
WO2020038722A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements
DE112020002257T5 (de) Mehrschichtiger keramischer konverter mit stratifizierter streuung
DE102017121185A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
DE112015000482B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements und Licht emittierendes Bauelement
DE102012203180A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements
DE102018108875A1 (de) Optoelektronisches Bauelement mit Passivierungsschicht und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements
WO2012100868A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung
DE112017006583T5 (de) Wellenlängenkonverter und Wellenlängenkonverterelement
DE102018128753A1 (de) Verfahren zur herstellung eines konversionselements, konversionselement und strahlungsemittierendes bauelement
DE102018112585B4 (de) Konverter mit quantenpunkten, bauelement mit konverter und verfahren zur herstellung
WO2013113571A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit konverterelement
WO2021122321A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zum betreiben eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20140228

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F21V0009100000

Ipc: F21V0009400000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final