DE102012101892A1 - Wellenlängenkonversionselement, Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Anzeigevorrichtung damit sowie Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements - Google Patents

Wellenlängenkonversionselement, Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Anzeigevorrichtung damit sowie Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements Download PDF

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Abstract

Es wird ein Wellenlängenkonversionselement (10, 11) mit zumindest zwei keramischen Konversionssegmenten (1, 2, 3, 4) angegeben, die jeweils einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen und mittels eines nicht-transparenten Verbindungsmaterials (5) matrixartig miteinander verbunden sind, wobei jedes Konversionssegment (1, 2, 3, 4) zur Abstrahlung von Licht durch Absorption einer Primärstrahlung und Re-Emission einer von der Primärstrahlung verschiedenen Sekundärstrahlung vorgesehen sind, wobei das Licht die Sekundärstrahlung und einen Anteil der Primärstrahlung von kleiner oder gleich 5% aufweist Weiterhin werden ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement und eine Anzeigevorrichtung mit einem Wellenlängenkonversionselement sowie Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements angegeben.

Description

  • Es werden ein Wellenlängenkonversionselement und ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements angegeben. Weiterhin werden ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement sowie eine Anzeigevorrichtung mit einem Wellenlängenkonversionselement angegeben.
  • Um mit Hilfe von Licht emittierenden Dioden (LEDs) mehrfarbige Anwendungen zu erzielen, werden derzeit üblicherweise einzelne LED-Chips mit unterschiedlichen Emissionsfarben kombiniert, beispielsweise rot, grün und blau emittierende LED-Chips, oder es werden farbig emittierende LED-Chips in Kombination mit so genannten Konversions-LEDs verwendet, die einen Leuchtstoff zur Farbkonversion aufweisen. Durch diese Ansätze können verschiedene Mischfarben sowie weißes, beispielsweise warmweißes, Licht erzeugt werden. Durch eine Steuerung der jeweils emittierten Intensität der einzelnen LED-Chips einer solchen Kombination von mehreren LED-Chips kann die Mischung der von den LED-Chips erzeugten Einzelfarben und somit die von der Kombination abgestrahlte Mischfarbe und kontrolliert werden. Die Verwendung von mehreren LED-Chips zur Erzeugung von mischfarbigem oder weißem Licht oder zur Erzielung von farbveränderlichem Licht ist jedoch aufgrund der Verwendung einer Mehrzahl von LED-Chips mit hohen Kosten verbunden.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Wellenlängenkonversionselement für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements anzugeben. Weitere Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen sind es, ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement sowie eine Anzeigevorrichtung mit einem Wellenlängenkonversionselement anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch Gegenstände und Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Wellenlängenkonversionselement zumindest zwei keramische Konversionssegmente auf. Jedes der Konversionssegmente wird durch eine Schicht aus einem Keramikmaterial gebildet, das einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweist.
  • Die Konversionssegmente können bevorzugt plättchenartige ausgebildet sein, sodass die jeweilige Schicht aus dem Keramikmaterial eine Haupterstreckungsebene aufweist. Senkrecht zur Haupterstreckungsebene weist jedes der Konversionssegmente eine Dicke auf, wobei die Dicke bevorzugt kleiner oder gleich den Abmessungen eines Konversionssegments entlang der Haupterstreckungsebene sein kann. Es kann auch möglich sein, dass die Dicke eines Konversionssegments dessen Abmessungen in der Haupterstreckungsebene übersteigt.
  • Unter einer „Schicht aus einem Keramikmaterial“ ist hier und im Folgenden eine Schicht zu verstehen, die zum Großteil ein keramisches Material aufweist. „Zum Großteil“ bedeutet dabei, dass das keramische Material einen Gewichtsanteil von mehr als 50%, insbesondere von mehr als 75% und vorzugsweise von mehr als 90% des Gewichts der Schicht aus dem Keramikmaterial einnimmt. Häufig besteht die Schicht aus dem Keramikmaterial auch aus dem keramischen Material. Unter einem keramischen Material ist hier insbesondere ein oxidhaltiges oder ein nitridhaltiges Material zu verstehen, wobei hier und im Folgenden auch Materialien, die nur eine Nahordnung und keine Fernordnung aufweisen, unter den Begriff „keramisches Material“ fallen. Dementsprechend sind auch anorganische Gläser von der Formulierung „keramisches Material“ oder „Keramikmaterial“ umfasst.
  • Jedes der Konversionssegmente ist zur Abstrahlung von Licht durch Absorption einer Primärstrahlung und Re-Emission einer von der Primärstrahlung verschiedenen Sekundärstrahlung vorgesehen. Der keramische Wellenlängenkonversionsstoff jedes Konversionselements kann dazu einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen oder daraus sein, die geeignet sind, die Primärstrahlung zu absorbieren und Sekundärstrahlung zu re-emittieren.
  • Besonders bevorzugt bewirken die Konversionssegmente jeweils eine Vollkonversion der Primärstrahlung. Das bedeutet, dass das durch die Einstrahlung von Primärstrahlung auf ein Konversionssegment erzeugte Licht im Wesentlichen durch die Sekundärstrahlung gebildet wird. Zusätzlich kann das vom Konversionssegment abgestrahlte Licht noch einen Anteil der Primärstrahlung von kleiner oder gleich 5% und bevorzugt von kleiner oder gleich 2% aufweisen. Mit anderen Worten strahlen die Konversionssegmente bei der Einstrahlung von Primärstrahlung Licht ab, dass durch die konvertierte jeweilige Sekundärstrahlung und den Anteil der Primärstrahlung von kleiner oder gleich 5% und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 2% gebildet wird. Besonders bevorzugt ist die Primärstrahlung im von den Konversionssegmenten jeweils abgestrahlten Licht durch einen Betrachter nicht mehr wahrnehmbar. Hierzu können die Konversionssegmente eine ausreichend hohe Dichte des jeweiligen Wellenlängenkonversionsstoffs und/oder eine ausreichend hohe Dicke von größer oder gleich einer kritischen Dicke aufweisen, bei der die angegebene Vollkonversion erreicht wird. Insbesondere können alle Konversionssegmente des Wellenlängenkonversionselements dieselbe Dicke aufweisen, so dass das Wellenlängenkonversionselement eine gleichmäßige Dicke über alle Konversionssegmente aufweisen kann.
  • Durch die Vollkonversionseigenschaft der Konversionssegmente kann mit Vorteil erreicht werden, dass eine Dickenvariation bei einem Konversionssegmente mit einer Dicke oberhalb der jeweiligen kritischen Dicke das vom Konversionssegment abgestrahlte hinsichtlich seiner wahrgenommenen Farbe nicht mehr beeinflusst. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Dicke nahe der jeweiligen kritischen Dicke gewählt ist, um nicht-strahlende Abregungen, Absorptionsverluste und Streuverluste, die mit größer werdender Dicke zunehmen können, zu vermeiden.
  • Der keramische Wellenlängenkonversionsstoff eines Konversionssegments kann beispielsweise zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien zur Wellenlängenkonversion aufweisen oder aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: 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, wie Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxinitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, Sialone.
  • Als keramischer Wellenlängenkonversionsstoff können in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere Granate, etwa Yttriumaluminiumoxid (YAG), Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und Terbiumaluminiumoxid (TAG), verwendet werden.
  • Die Materialien für den keramischen Wellenlängenkonversionsstoff sind in weiteren bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise mit einem der folgenden Aktivatoren dotiert: Cer, Europium, Neodym, Terbium, Erbium, Praseodym, Samarium, Mangan. Rein beispielhaft für mögliche dotierte keramische Wellenlängenkonversionsstoffe seien Cerdotierte Yttriumaluminium-Granate, Cer-dotierte Lutetiumaluminium-Granate, Europium-dotierte Orthosilikate sowie Europium-dotierte Nitride genannt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Keramikmaterial eines Konversionssegments zusätzlich zum keramischen Wellenlängenkonversionsstoff noch weitere, insbesondere anorganische Partikel aufweisen, die bevorzugt keine wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften haben. Als weitere Partikel kommen hierbei beispielsweise Nitride und Oxide der Elemente Aluminium, Bor, Titan, Zirkon und Silizium beziehungsweise Gemische von zwei oder mehreren der vorgenannten Materialien in Betracht.
  • Das jeweilige Keramikmaterial der Konversionssegmente weist insbesondere einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff in Form von Partikeln auf, die miteinander und/oder mit weiteren Partikeln zu dem Keramikmaterial verbunden sind. Die Schicht aus dem Keramikmaterial eines oder mehrerer Konversionssegmente kann dabei beispielsweise auch aus dem jeweiligen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff bestehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Konversionssegmente zur Absorption von blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung vorgesehen. Besonders bevorzugt sind die Konversionssegmente zur Absorption von blauer Primärstrahlung, beispielsweise mit einer mittleren Wellenlänge von 460 nm, vorgesehen. Das Wellenlängenkonversionselement kann zumindest ein Konversionssegment aufweisen, das zur Re-Emission von roter Sekundärstrahlung vorgesehen ist. Ein weiteres Konversionssegment kann zur Re-Emission von grüner Sekundärstrahlung vorgesehen sein. Weiterhin kann das Wellenlängenkonversionselement ein Konversionssegment zur Re-Emission von gelber Sekundärstrahlung aufweisen. Darüber hinaus kann das Wellenlängenkonversionselement ein Konversionssegment zur Re-Emission von blauer Sekundärstrahlung aufweisen, die unterschiedlich zur Primärstrahlung ist.
  • Unter rote oder gelbe Sekundärstrahlung re-emittierende Konversionssegmente fallen auch solche, die orangefarbige oder rötlich-orangefarbige (amber) Sekundärstrahlung emittieren.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Wellenlängenkonversionselement ein Konversionssegment auf, das als keramischen Wellenlängenkonversionsstoff SrSiON:Eu zur Re-Emission einer grünen Sekundärstrahlung, Ca-SiAlON zur Re-Emission einer rötlich-orangefarbigen (amber) Sekundärstrahlung, YAG:Ce zur Re-Emission einer gelben Sekundärstrahlung oder (Ca,Sr)2Si5N8:Eu zur Re-Emission einer roten Sekundärstrahlung aufweist. Insbesondere können derartige Konversionssegmente im Wellenlängenkonversionselement kombiniert sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Wellenlängenkonversionselement ein Konversionssegment zur Re-Emission von roter Sekundärstrahlung, ein Konversionssegment zur Re-Emission von grüner Sekundärstrahlung und ein Konversionselement zur Re-Emission von blauer Sekundärstrahlung auf. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Wellenlängenkonversionselement zusätzlich noch ein Konversionssegment zur Re-Emission von gelber Sekundärstrahlung auf. In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen weist das Wellenlängenkonversionselement eine Kombination der vorgenannten Konversionssegmente ohne ein blau re-emittierendes Konversionssegment auf.
  • Im Fall, dass das Konversionselement kein blau reemittierendes Konversionssegment aufweist, kann das Wellenlängenkonversionselement ein transparentes Segment aufweisen, dass beispielsweise durch eine Aussparung gebildet wird, deren Form beispielsweise der Form eines Konversionssegments entspricht. Weiterhin kann das transparente Segment anstelle der Aussparung durch ein transparentes Material, beispielsweise Glas oder ein Keramikmaterial, etwa undotiertes YAG, oder Saphir gebildet sein. Ein Wellenlängenkonversionselement mit einem transparenten Segment kann bei einer Anordnung auf einem Licht emittierenden Halbleiterchip, der blaue Primärstrahlung emittiert, mit Vorteil dazu führen, dass die blaue Primärstrahlung durch das transparente Segment direkt und zusätzlich zur von den Konversionssegmenten jeweils abgestrahlten Sekundärstrahlung emittiert werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wellenlängenkonversionselement ein nicht-transparentes Verbindungsmaterial auf, durch das die keramischen Konversionssegmente miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Konversionssegmente matrixartig angeordnet und miteinander verbunden sein. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Konversionssegmente, die, wie oben beschrieben, plättchenartig oder schichtförmig ausgebildet sein können, entlang ihrer Haupterstreckungsebene nebeneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten können die Konversionssegmente kachelartige nebeneinander angeordnet sein. Das Verbindungsmaterial kann insbesondere zwischen zwei benachbarten Konversionselementen fugenartig angeordnet sein. Das nicht-transparente Verbindungsmaterial kann insbesondere bewirken, dass die Konversionssegmente dauerhaft zusammengehalten werden, so dass das Wellenlängenkonversionselement mit den zumindest zwei keramischen Konversionssegmenten eine selbsttragende Einheit bildet, die ohne zusätzlichen Träger und ohne zusätzliches Substrat bereitgestellt und verarbeitet werden kann.
  • Dadurch, dass das Verbindungsmaterial nicht transparent ist, kann ein Übersprechen der Sekundärstrahlung eines Konversionssegments in ein anderes Konversionssegment verhindert werden. Besonders bevorzugt kann das nicht-transparente Verbindungsmaterial reflektierend sein, um in einem Konversionssegment erzeugte Sekundärstrahlung in dieses zurückzustrahlen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungsmaterial ein Grundmaterial auf, das durch ein organisches und/oder keramisches Material gebildet wird. Das organische Material kann beispielsweise ein Kunststoffmaterial, etwa Silikon oder Epoxid, sein. Als keramisches Material kann beispielsweise SiO2, TiO2 oder eines derjenigen oben genannten keramischen Materialien verwendet werden, die keine Wellenlängenkonversionseigenschaften aufweisen. Das Grundmaterial kann selbst nicht-transparent sein. Alternativ dazu kann das Grundmaterial an sich auch zumindest teilweise transparent sein. Insbesondere in diesem Fall weist das Grundmaterial eine Beimischung eines weiteren Materials, beispielsweise in Form von Partikeln, auf, das bewirkt, dass die Verbindungsschicht nicht transparent ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Grundmaterial strahlungsreflektierende Partikel auf, die im Grundmaterial angeordnet sind und die einen vom Grundmaterial unterschiedlichen Brechungsindex, bevorzugt einen vom Grundmaterial größeren Brechungsindex, aufweisen. Anstelle oder zusätzlich zu den Partikeln kann das Grundmaterial auch Poren, beispielsweise Luft gefüllte Poren, aufweisen. Im Falle von strahlungsreflektierenden Partikeln können diese bevorzugt einen optischen Brechungsindex von größer oder gleich 1,8 aufweisen. Ein derartiger Brechungsindexbereich der strahlungsreflektierenden Partikel hat sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die strahlungsreflektierenden Eigenschaften des Verbindungsmaterials erwiesen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die strahlungsreflektierenden Partikel mit zumindest einem der Materialien TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, BaSO4, MgO, Ta2O5, HfO2, Gd2O3, Nb2O3, Y2O3 gebildet oder enthalten zumindest eines oder mehrere dieser Materialien. Die Konzentration der strahlungsreflektierenden Partikel im Grundmaterial kann bevorzugt größer oder gleich 10 Gew.-% und bevorzugt größer oder gleich 20 Gew.-% sein. Dabei können die strahlungsreflektierenden Partikel innerhalb des Grundmaterials bevorzugt gleichmäßig verteilt sein. Das Grundmaterial und die strahlungsreflektierenden Partikel können derart gewählt sein, dass das Verbindungsmaterial aufgrund seiner Reflexionseigenschaften für einen Betrachter weiß erscheint, da vom Verbindungsmaterial vorzugsweise das gesamte auftreffende Farbspektrum des Umgebungslichts reflektiert wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Verbindungsmaterial für einen Betrachter andersfarbig erscheint und eine oder mehrere Farben reflektiert. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Verbindungsmaterial beispielsweise nicht-reflektierende, insbesondere absorbierende, Partikel oder Materialien aufweist, beispielsweise Ruß.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das nicht-transparente Verbindungsmaterial ein metallisches Material auf oder wird durch ein Metall gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Metall um Ag und/oder Al oder eine Mischung oder Legierung damit. Ein Verbindungsmaterial, das aus einem derartigen Metall gebildet ist, kann mit Vorteil für die in den Konversionssegmenten erzeugte Sekundärstrahlung reflektierend sein.
  • Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Verbindungsmaterial als photonischer Kristall ausgebildet ist, wobei der photonische Kristall mit zumindest einer ein-, zwei- und/oder drei-dimensionalen photonischen Bandlückenstruktur gebildet sein kann. "Eindimensional" kann bedeuten, dass der photonische Kristall in Form einer Schicht ausgebildet ist. "Zweidimensional" kann bedeuten, dass der photonische Kristall in Form von Röhren oder Stäbchen ausgebildet sein kann. Entsprechend kann "dreidimensional" bedeuten, dass der photonische Kristall mit sphärischen Strukturen gebildet ist. Beispielsweise kann der photonische Kristall mit zumindest zwei beispielsweise im Hinblick auf ihren jeweiligen optischen Reflexionskoeffizienten unterschiedlichen Materialien, beispielsweise organischen oder keramischen Materialien, gebildet sein. Dabei können die zumindest zwei unterschiedlichen Materialien entlang einer vorgebbaren (Vorzugs-)Richtung periodisch abwechselnd und nacheinander angeordnet sein. Weiterhin ist es möglich, dass das Verbindungsmaterial als photonischer Kristall mit Poren in einem keramischen Material und/oder einem glashaltigen Material gebildet ist. Dadurch kann beispielsweise eine dreidimensionale photonische Bandlückenstruktur erreicht werden. Die Poren sind vorzugsweise vollständig von dem keramischen und/oder glashaltigen Material umschlossen und beispielsweise mit Luft gefüllt. Beispielsweise ist das keramische Material mit zumindest einem der Materialien SiO2, TiO2 oder einer Mischung aus SiO2 und TiO2 gebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei einem Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements zumindest zwei keramische Stangen bereitgestellt, die jeweils einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff, bevorzugt voneinander unterschiedliche Wellenlängenkonversionsstoffe, aufweisen. Insbesondere können so viele keramische Stangen bereitgestellt werden, wie das Wellenlängenkonversionselement Konversionssegmente aufweisen soll.
  • Zur Herstellung der keramischen Stangen kann ein keramisches Material mit dem jeweiligen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff in Form eines Granulats oder Pulvers, das beispielsweise mit einem Binder und/oder einem Lösungsmittel gemischt ist, bereitgestellt werden, das dann in einer geeigneten Form versintert wird. Beispielsweise kann das Keramikmaterial stangenförmig versintert werden oder plattenförmig versintert und anschließend zur einzelnen Stangen durch Sägen, Brechen oder ähnliche Vereinzelungsmethoden vereinzelt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in einem weiteren Verfahrensschritt die zumindest zwei Stangen entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung mittels des nicht-transparenten Verbindungsmaterials zu einem Stangenverbund verbunden. Mit anderen Worten werden die Stangen mit Seitenflächen, die entlang der Haupterstreckungsrichtung verlaufen, zusammengefügt, sodass das nicht-transparente Verbindungsmaterial zwischen den Seitenflächen der Stangen angeordnet ist. Dabei kann das Verbindungsmaterial beispielsweise zusammen mit den keramischen Stangen versintert werden. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn das Verbindungsmaterial ein keramisches oder metallisches Material aufweist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die zumindest zwei keramischen Stangen zuerst fertig gestellt werden und danach mit dem Verbindungsmaterial zum Stangenverbund verbunden werden, insbesondere im Fall, dass das Verbindungsmaterial ein organisches Material, beispielsweise ein Kunststoffmaterial, aufweist. Der Stangenverbund weist vorzugsweise eine Querschnittsfläche senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der einzelnen keramischen Stangen auf, die einer Lichtauskoppelfläche eines Licht emittierenden Halbleiterchips entspricht, auf der ein später fertig gestelltes Wellenlängenkonversionselement angeordnet werden soll.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Stangenverbund senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der einzelnen keramischen Stangen zur Bildung einzelner Wellenlängenkonversionselemente durchtrennt, wobei beim Durchtrennen aus den jeweiligen keramischen Stangen des Stangenverbunds die Konversionssegmente der Wellenlängenkonversionselemente gebildet werden. Das Durchtrennen kann beispielsweise mittels Sägen erfolgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden vier keramische Stangen mit einem jeweiligen Querschnitt von 500 μm × 500 μm bereitgestellt, die in einer 2 × 2-Matrix zu einem Stangenverbund mit einem Querschnitt von etwa 1000 μm × 1000 μm mittels des Verbindungsmaterials verbunden werden. Die daraus vereinzelten Wellenlängenkonversionselemente weisen einen ebensolchen Querschnitt auf und können beispielsweise auf Halbleiterchips mit einer Lichtauskoppelfläche mit einem derartigen Querschnitt aufgebracht werden.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass beispielsweise anstelle zumindest einer keramischen Stange mit einem keramischen Wellenlängenkonversionsstoff eine Stange aus einem transparenten keramischen oder glasartigen Material, wie weiter oben beschrieben ist, bereitgestellt wird, um Wellenlängenkonversionselemente mit einem durch das transparente Material gebildeten transparenten Segment zusätzlich zu den Konversionselementen herzustellen. Weiterhin ist es auch möglich, im Stangenverbund die Position einer Stange freizulassen, um Wellenlängenkonversionselemente mit einem durch eine Aussparung gebildeten transparenten Segment herzustellen.
  • Die in Verbindung mit dem Wellenlängenkonversionselement beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements und umgekehrt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement das Wellenlängenkonversionselement auf einem Licht emittierenden Halbleiterchip auf. Der Licht emittierende Halbleiterchip kann insbesondere blaue und/oder ultraviolette Primärstrahlung über eine Lichtauskoppelfläche entlang einer Abstrahlrichtung abstrahlen. Das Wellenlängenkonversionselement wird auf der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips derart aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, dass die Konversionssegmente lateral nebeneinander auf der Lichtauskoppelfläche angeordnet sind, wobei „lateral“ eine Richtung senkrecht zur Abstrahlrichtung bezeichnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Licht emittierende Halbleiterchip einen aktiven Bereich auf, der im Betrieb des Halbleiterchips Licht abstrahlen kann. Der Licht emittierende Halbleiterchip kann je nach gewünschter abzustrahlender Wellenlänge als Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen hergestellt werden. Für kurzwellige sichtbare, also insbesondere blaue, Primärstrahlung und/oder für ultraviolette Primärstrahlung ist eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yN besonders geeignet, wobei 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 gilt.
  • Insbesondere kann der Licht emittierende Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge, besonders bevorzugt eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, aufweisen oder daraus sein. Dazu kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise metallorgansicher Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und mit elektrischen Kontakten versehen werden. Durch Vereinzelung des Aufwachssubstrats mit der aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips bereitgestellt werden.
  • Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt oder ganz entfernt werden. Derartige Halbleiterchips, die als Substrat ein Trägersubstrat anstelle des Aufwachssubstrats aufweisen, können auch als so genannte Dünnfilm-Halbleiterchips bezeichnet werden.
  • Ein Dünnfilm-Halbleiterchip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:
    • – an einer zu dem Trägersubstrat hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
    • – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20µm oder weniger, insbesondere im Bereich zwischen 4 µm und 10 µm auf; und
    • – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
  • Ein Dünnfilm-Halbleiterchip ist in guter Näherung ein Lambert´scher Oberflächenstrahler. Das Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Licht emittierende Halbleiterchip mehrere Leuchtsegmente auf, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die Leuchtsegmente, die jeweils im Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterbauelements über einen Emissionsbereich der Lichtauskoppelfläche die Primärstrahlung abstrahlen, können beispielsweise durch eine Segmentierung beziehungsweise Strukturierung zumindest einer elektrischen Kontaktfläche des Halbleiterchips erzeugt werden. Weiterhin können auch einzelne oder mehrere Halbleiterschichten, beispielsweise die aktive Schicht, des Halbleiterchips strukturiert sein. Segmentierte Licht emittierende Halbleiterchips sind beispielsweise aus den Druckschriften WO 2010/072191 und WO 2011/039052 bekannt, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist jedes Konversionssegment des Wellenlängenkonversionselements einem Leuchtsegment des Licht emittierenden Halbleiterchips in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Insbesondere kann jedem der Leuchtsegmente des Halbleiterchips ein Konversionssegment des Wellenlängenkonversionselements nachgeordnet sein, so dass jedes der Leuchtsegmente über seinen Emissionsbereich der Lichtauskoppelfläche Licht in das jeweils nachgeordnete Konversionssegment abstrahlt. Weiterhin ist es auch möglich, dass beispielsweise einem Leuchtsegment kein Konversionssegment sondern ein transparentes Segment nachgeordnet ist, so dass dieses Leuchtsegment nicht vom Wellenlängenkonversionselement bedeckt ist und durch das transparente Segment direkt Licht abstrahlen kann.
  • Durch die Segmentierung des Licht emittierenden Halbleiterchips und die Anordnung des Wellenlängenkonversionselements derart, dass die einzelnen Konversionssegmente jeweils einem Leuchtsegment nachgeordnet sind, kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht mit einer einstellbaren Farbe durch eine gezielte Ansteuerung der einzelnen Leuchtsegmente abstrahlen.
  • Eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen kann als Teil einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise in Form eines Displays oder einer Anzeigetafel, in einer Matrix angeordnet werden, wobei jedes Halbleiterbauelement einen einzelnen Bildpunkt (Pixel) bilden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Licht emittierende Halbleiterchips unabhängig voneinander ansteuerbare Leuchtsegmente wie vorab beschrieben aufweisen, so dass jedes Pixel der Anzeigevorrichtung hinsichtlich seiner Farbe individuell ansteuerbar ist. Dadurch kann im Vergleich zu üblichen Display-Anwendungen mit mehreren verschiedenfarbigen Leuchtdiodenchips pro Bildpunkt eine höhere Dichte von Bildpunkten und somit eine höhere Auflösung, beispielsweise in Form einer HD-Auflösung (HD: „high definition“), erreicht werden.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • 1A bis 1C schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Wellenlängenkonversionselements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
  • 4 eine schematische Darstellung eines Licht emittierendes Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Anzeigevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • In den 1A bis 1C ist ein Verfahren zur Herstellung von Wellenlängenkonversionselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
  • In einem ersten Verfahrensschritt gemäß 1A werden dazu keramische Stangen 91, 92, 93, 94 jeweils aus einem Keramikmaterial bereitgestellt. Die keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 weisen insbesondere jeweils ein Keramikmaterial auf, das jeweils einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff umfasst. Das jeweilige Keramikmaterial kann beispielsweise in Form eines Granulats oder Pulvers mit einem Binder und/oder einem Lösungsmittel gemischt werden und in Form von Platten oder in Form der gezeigten Stangen ausgebildet werden. Die keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 können vor den weiteren Verfahrensschritten versintert werden oder erst nach dem Zusammenfügen zu einem Stangenverbund 95, wie in Verbindung mit 1B gezeigt ist. Werden Platten mit dem jeweiligen Keramikmaterial bereitgestellt, so werden diese in einzelne Stangen, beispielsweise durch Sägen oder Schneiden, zerteilt.
  • Alternativ zu den gezeigten vier keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 können auch mehr oder weniger, zumindest aber zwei keramische Stangen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die keramische Stange 91 einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der blaue Primärstrahlung in rote Sekundärstrahlung umwandeln kann. Die keramische Stange 92 kann einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der blaue Primärstrahlung in grüne Sekundärstrahlung umwandeln kann. Der keramische Stab 93 kann einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der blaue Primärstrahlung in gelbe Sekundärstrahlung umwandeln kann. Der keramische Stab 94 kann einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der blaue Primärstrahlung in eine davon verschiedene blaue Sekundärstrahlung umwandeln kann. Alternativ dazu sind auch andere Kombinationen von Wellenlängenkonversionsstoffen möglich. Als grün emittierende Wellenlängenkonversionsstoff kann beispielsweise SrSiON:Eu verwendet werden, als rötlichorangefarbig (amber) emittierender Wellenlängenkonversionsstoff beispielsweise Ca-SiAlON, als gelb emittierender Wellenlängenkonversionsstoff YAG:Ce und als rot emittierender Wellenlängenkonversionsstoff (Ca,Sr)2Si5N8:Eu. Alternativ oder zusätzlich können die keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 auch andere, oben im allgemeinen Teil genannte Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen.
  • Die keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 weisen jeweils eine Haupterstreckungsrichtung und einen Querschnitt senkrecht zu dieser auf, wobei der jeweilige Querschnitt im gezeigten Ausführungsbeispiel quadratisch ist und Seitenlängen von etwa 500 μm aufweist. Alternativ hierzu sind auch andere Querschnittsformen und Abmessungen möglich.
  • Wie in 1B gezeigt, werden die vier keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung mittels eines nicht-transparenten Verbindungsmaterials 5 zu einem Stangenverbund 95 verbunden. Mit anderen Worten verbindet das nicht-transparente Verbindungsmaterial 5 Seitenflächen benachbarter keramischer Stangen 91, 92, 93, 94 miteinander. Der dadurch entstehende Stangenverbund 95 weist senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der einzelnen keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Querschnitt mit Seitenlängen von etwa 1000 μm auf.
  • Das nicht-transparente Verbindungsmaterial 5 ist bevorzugt reflektierend ausgebildet und weist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein organisches oder keramisches Grundmaterial auf, in dem strahlungsreflektierende Partikel enthalten sind, die einen zum Grundmaterial verschiedenen Brechungsindex aufweisen. Beispielsweise sind die strahlungsreflektierenden Partikel mit zumindest einem der Materialien TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, BaSO4, MgO, Ta2O5, HfO2, Gd2O3, Nb2O3, Y2O3 gebildet oder enthalten zumindest eines oder mehrere dieser Materialien. Beispielsweise weisen die strahlungsreflektierenden Partikel Korngrößen (d50-Wert, in Q0 gemessen) von größer oder gleich 100 nm bis kleiner oder gleich 300 nm, beispielsweise 200 nm, auf. Ein derartiger Größenbereich der strahlungsreflektierenden Partikel hat sich als besonders vorteilhaft für eine effektive Reflexion von elektromagnetischer Strahlung mit sichtbaren Wellenlängen erwiesen. Die strahlungsreflektierenden Partikel liegen im Grundmaterial mit einer Konzentration von größer oder gleich 10 Gew.-% und besonders bevorzugt von größer oder gleich 20 Gew.-% vor. Insbesondere kann das Reflexionsvermögen des nicht-transparenten Verbindungsmaterials 5 in Abhängigkeit der Konzentration der strahlungsreflektierenden Partikel individuell eingestellt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erscheint das nicht-transparente Verbindungsmaterial 5 für einen Betrachter aufgrund seiner Reflexionseigenschaften weiß, da vom Verbindungsmaterial 5 vorzugsweise das gesamte Farbspektrum des Umgebungslichts reflektiert wird.
  • Weist das Verbindungsmaterial ein Keramikmaterial auf, so kann dieses beispielsweise zusammen mit den keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 zum Stangenverbund 95 versintert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, bereits versinterte keramische Stangen 91, 92, 93, 94 mit dem Verbindungsmaterial 5 zu verbinden, das beispielsweise ein organisches Grundmaterial, beispielsweise Silikon oder Epoxid, aufweist.
  • Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Verbindungsmaterial ein metallisches Material, beispielsweise ein Metall wie Ag und/oder Al oder eine Ag- oder Al-Legierung, aufweist oder daraus ist. Derartige Metalle können eine gute Reflektivität für sichtbares Licht aufweisen. Beispielsweise kann das metallische nicht-transparente Verbindungsmaterial 5 in Form einer Metallpaste aufgebracht und anschließend zusammen mit dem keramischen Material der keramischen Stangen versintert werden.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1C wird der Stangenverbund 95 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der keramischen Stangen beispielsweise mittels Sägens zur Bildung einzelner Wellenlängenkonversionselemente 10 durchtrennt.
  • Ein einzelnes Wellenlängenkonversionselement 10 ist in 2 gezeigt. Dieses weist vier keramische Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 auf, die durch den Trennungsschritt gemäß 1C aus den keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 erzeugt werden. Die Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 sind plättchenartig ausgebildet und weisen jeweils eine Haupterstreckungsebene auf, entlang der sie nebeneinander angeordnet und durch das nicht-transparente Verbindungsmaterial 5 miteinander verbunden sind. Dadurch ist auch das Wellenlängenkonversionselement 10 plättchenförmig ausgebildet. Entsprechend der bereitgestellten keramischen Stangen 91, 92, 93, 94 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1A bis 1C weisen die Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 jeweils einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff auf, der dazu vorgesehen ist, blaue Primärstrahlung in rote, grüne, gelbe bzw. blaue Sekundärstrahlung zu konvertieren. Alternativ hierzu ist es auch möglich, Konversionssegmente mit anderen Wellenlängenkonversionsstoffen zu kombinieren.
  • Die Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 sind als so genannte Vollkonversionssegmente ausgebildet und weisen jeweils eine Dicke und eine Konzentration des jeweiligen Wellenlängenkonversionsstoffs auf, so dass bei Einstrahlung einer Primärstrahlung auf die Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 diese jeweils Licht abstrahlen, dass neben der re-emittierten Sekundärstrahlung die Primärstrahlung nur noch zu einem Anteil von kleiner oder gleich 5% und bevorzugt kleiner oder gleich 2% enthält.
  • Weiterhin ist es auch möglich, anstelle des in den 1A bis 1C gezeigten Verfahrens, bei dem vier keramische Stangen 91, 92, 93, 94 zum Stangenverbund 95 zusammengefügt werden, nur drei keramische Stangen zu verwenden, sodass ein Wellenlängenkonversionselement 11 hergestellt werden kann, das anstelle eines vierten Konversionssegments 4 ein als Aussparung ausgebildetes transparentes Segment 6 aufweist, wie beispielhaft in 3 gezeigt ist.
  • Weiterhin ist es auch möglich, anstelle einer keramischen Stange mit einem keramischen Wellenlängenkonversionsstoff ein transparentes Material, beispielsweise ein transparentes Keramikmaterial, etwa undotiertes YAG, oder Saphir oder Glas, zu verwenden, sodass das Wellenlängenkonversionselement 10 ein transparentes Segment 6 gebildet aus dem transparenten Material aufweisen kann. Besonders bevorzugt kann dabei das Konversionssegment 4 mit dem blau re-emittierenden Wellenlängenkonversionsstoff, wie in 3 gezeigt ist, durch ein transparentes Segment ersetzt werden.
  • In 4 ist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, das ein Wellenlängenkonversionselement 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 aufweist. Das Wellenlängenkonversionselement 10 ist auf einem Licht emittierenden Halbleiterchip 20 angeordnet, der eine Lichtauskoppelfläche 21 aufweist, über die im Betrieb blaue Primärstrahlung entlang der Abstrahlrichtung 40 abgestrahlt werden kann. Hierzu ist das Wellenlängenkonversionselement 10 mittels einer Verbindungsschicht 30, beispielsweise aus Silikon, auf der Lichtauskoppelfläche 21 des Halbleiterchips 20 aufgeklebt. Der Halbleiterchip 20 weist eine Lichtauskoppelfläche 21 mit Abmessungen von etwa 1000 μm auf, sodass das gemäß dem Verfahren der 1A bis 1C hergestellte Wellenlängenkonversionselement 10 flächendeckend auf der Lichtauskoppelfläche 21 angeordnet werden kann.
  • Im Betrieb wird somit die blaue Primärstrahlung des Halbleiterchips 20 in den Konversionssegmenten 1, 2, 3, 4 des Wellenlängenkonversionselements 10 in die jeweilige Sekundärstrahlung konvertiert. Da die Konversionssegmente 1, 2, 3, 4, wie in Verbindung mit 2 erläutert ist, jeweils eine Vollkonversion ermöglichen, ist besonders bevorzugt die Primärstrahlung für einen Betrachter im vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Licht nicht wahrnehmbar. Durch die Ausbildung der Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 als voll konvertierende Konversionssegmente kann somit sichergestellt werden, dass die Dicke bzw. Dickenschwankungen bei der Herstellung der Wellenlängenkonversionselemente 10 nicht zu einer Farbvariation bei derartigen, in einer Massenproduktion hergestellten Licht emittierenden Halbleiterbauelementen führen.
  • Durch das nicht-transparente Verbindungsmaterial 5 zwischen den Konversionssegmenten 1, 2, 3, 4 kann ein optisches Übersprechen zwischen den Konversionssegmenten 1, 2, 3, 4 verhindert werden. Dies kann insbesondere für den Fall vorteilhaft sein, dass der Licht emittierende Halbleiterchip 20 unabhängig voneinander ansteuerbare Leuchtsegmente aufweist, die jeweils über einen zugehörigen Emissionsbereich der Lichtauskoppelfläche 21 die Primärstrahlung in das darüber angeordnete Konversionssegment 1, 2, 3, 4 abstrahlt wobei jedes der Konversionssegmente 1, 2, 3, 4 des Wellenlängenkonversionselements 10 jeweils einem der Leuchtsegmente des Halbleiterchips 20 in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Durch eine unabhängige und gezielte Ansteuerung der einzelnen Leuchtsegmente des Halbleiterchips 20 kann so das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 100 abgestrahlte Licht hinsichtlich seiner Intensität und insbesondere hinsichtlich seiner Farbe gesteuert werden, so dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 eine variable Abstrahlung mischfarbigen und/oder weißen Lichts ermöglicht. Wird beispielsweise nur ein Leuchtsegment des Halbleiterchips 20 betrieben, so kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 100 einfarbiges Licht abstrahlen.
  • Dadurch ist es im Vergleich zu bekannten mehrfarbigen und hinsichtlich der Farbe einstellbaren Lichtquellen möglich, nur einen einzigen Halbleiterchip mit einer Primärstrahlung zu verwenden. Im Vergleich zu bekannten mehrfarbigen und farbveränderlichen LED-basierten Lichtquellen mit mehreren Leuchtdiodenchips sind bei dem hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterbauelement 100 ein geringerer Platzbedarf sowie geringere Kosten zu erreichen.
  • Wird als nicht-transparentes Verbindungsmaterial 5 ein metallisches Material verwendet, so kann dies auch effektiv zur Wärmeableitung von Abwärme aus dem Wellenlängenkonversionselement 10 beispielsweise an eine seitlich angeordnete Wärmesenke (nicht gezeigt) dienen.
  • In 5 ist eine Anzeigevorrichtung 1000 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die eine Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 100 gemäß dem vorherigen Ausführungsbeispiel aufweist. Diese sind als einzelne Bildpunkte der Anzeigevorrichtung 1000 ausgebildet. Weisen die einzelnen Licht emittierenden Halbleiterchips 20 der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 100 getrennt voneinander ansteuerbare Leuchtsegmente wie vorab beschrieben auf, so ist eine vollfarbige Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine Anzeigewand, möglich, die im Vergleich zu Anzeigevorrichtungen mit konventionellen LED-basierten Lichtquellen mit mehreren Leuchtdioden eine höhere Auflösung ermöglicht. Weiterhin kann die Anzeigevorrichtung 1000 noch geeignete Reflektoren und/oder Linsen, Linsenstrukturen oder Licht streuende Elemente aufweisen, die das von den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen 100 jeweils abgestrahlte Licht hinsichtlich der möglichen Wahrnehmung der einzelnen Konversionssegmente im Betrieb homogenisieren können.
  • 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 Patentliteratur
    • WO 2010/072191 [0041]
    • WO 2011/039052 [0041]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 [0040]

Claims (15)

  1. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) mit zumindest zwei keramischen Konversionssegmenten (1, 2, 3, 4), die jeweils einen keramischen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen und mittels eines nicht-transparenten Verbindungsmaterials (5) matrixartig miteinander verbunden sind, wobei jedes Konversionssegment (1, 2, 3, 4) zur Abstrahlung von Licht durch Absorption einer Primärstrahlung und Re-Emission einer von der Primärstrahlung verschiedenen Sekundärstrahlung vorgesehen sind, wobei das Licht die Sekundärstrahlung und einen Anteil der Primärstrahlung von kleiner oder gleich 5% aufweist.
  2. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmaterial (5) ein Grundmaterial aufweist, das durch ein organisches und/oder keramisches Material gebildet wird.
  3. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach Anspruch 2, wobei im Grundmaterial Poren oder strahlungsreflektierende Partikel angeordnet sind, die einen vom Grundmaterial unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen.
  4. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach Anspruch 3, wobei die strahlungsreflektierenden Partikel zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, BaSO4, MgO, Ta2O5, HfO2, Gd2O3, Nb2O3, Y2O3.
  5. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsmaterial (5) durch ein Metall gebildet wird.
  6. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Konversionssegmente (1, 2, , 3, 4) jeweils plättchenartig mit einer Haupterstreckungsebene ausgebildet sind und entlang der Haupterstreckungsebene nebeneinander angeordnet sind.
  7. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Konversionssegmente (1, 2, 3, 4) zur Absorption von blauer und/oder ultravioletter Primärstrahlung vorgesehen sind und das Wellenlängenkonversionselement (10, 11) zumindest zwei Konversionssegmente (1, 2) aufweist, von denen eines zur Re-Emission von roter Sekundärstrahlung und eines zur Re-Emission von grüner Sekundärstrahlung aufweist.
  8. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach Anspruch 7, wobei das Wellenlängenkonversionselement (10, 11) ein Konversionssegment (3) zur Re-Emission von gelber Sekundärstrahlung aufweist.
  9. Wellenlängenkonversionselement (10, 11) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Wellenlängenkonversionselement (10, 11) ein Konversionssegment (4) zur Re-Emission von blauer Sekundärstrahlung aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements (10, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zumindest zwei keramische Stangen (91, 92, 93, 94) mit voneinander unterschiedlichen keramischen Wellenlängenkonversionsstoffen bereitgestellt werden, bei dem die zumindest zwei Stangen (91, 92, 93, 94) entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung mittels des nicht-transparenten Verbindungsmaterials (5) zu einem Stangenverbund (95) verbunden werden, so dass das nicht-transparente Verbindungsmaterial (5) zwischen Seitenflächen der Stangen angeordnet ist, und bei dem der Stangenverbund (95) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung zur Bildung einzelner Wellenlängenkonversionselemente (10, 11) durchtrennt wird, wobei beim Durchtrennen aus den Stangen (91, 92, 93, 94) die Konversionssegmente (1, 2, 3, 4) gebildet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die keramischen Stangen (91, 92, 93, 94) zusammen mit dem Verbindungsmaterial (5), das ein keramisches oder metallisches Material aufweist, zum Stangenverbund (95) gesintert werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die keramischen Stangen (91, 92, 93, 94) nach einem Versintern mit dem Verbindungsmaterial (5), das ein organisches Material aufweist, zum Stangenverbund (95) verbunden werden.
  13. Licht emittierendes Halbleiterbauelement (1000) mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip (20), der im Betrieb blaue und/oder ultraviolette Primärstrahlung über eine Lichtauskoppelfläche (21) entlang einer Abstrahlrichtung (40) abstrahlt, und einem Wellenlängenkonversionselement (10, 11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Konversionssegmente (1, 2, 3, 4) auf der Lichtauskoppelfläche (21) lateral nebeneinander angeordnet sind.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, wobei der Licht emittierende Halbleiterchip (20) unabhängig voneinander ansteuerbare Leuchtsegmente aufweist, die jeweils im Betrieb über einen Emissionsbereich der Lichtauskoppelfläche (21) die Primärstrahlung abstrahlen, und jedes der Konversionssegmente (1, 2, 3, 4) des Wellenlängenkonversionselements (10, 11) jeweils einem der Leuchtsegmente in Abstrahlrichtung (40) nachgeordnet ist.
  15. Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen (100) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei jedes der Halbleiterbauelemente (100) einen Bildpunkt der Anzeigevorrichtung (1000) bildet.
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