DE102012109806A1 - Strahlungsemittierendes Bauelement - Google Patents

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Das strahlungsemittierende Bauelement (100) umfasst – zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1), wobei jeder der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) eine Strahlungsaustrittsfläche (2) aufweist, die zumindest eine Seitenfläche (3) und eine Hauptfläche (4) des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) umfasst, – zumindest ein Konversionselement (5), wobei jedes der Konversionselemente (5) eine Strahlungsaustrittsfläche (6) aufweist, die zumindest eine Seitenfläche (7) und eine Hauptfläche (8) des Konversionselements (5) umfasst, und – ein dem zumindest einen Konversionselement (5) und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) nachgeordnetes erstes Reflexionselement (9), wobei – das Verhältnis der Summe der Strahlungsaustrittsflächen (2) aller strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) zu der Summe der Strahlungsaustrittsflächen (6) aller Konversionselemente (5) größer 1 ist.

Description

  • Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Insbesondere eignet sich das strahlungsemittierende Bauelement zur Erzeugung von einfarbigem Licht.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Bauelement anzugeben, das eine erhöhte Leuchtdichte aufweist. Ferner besteht die zu lösende Aufgabe darin, ein strahlungsemittierendes Bauelement anzugeben, das eine verbesserte Effizienz zur Erzeugung von einfarbigem Licht aufweist und sich kostengünstig herstellen lässt. Des Weiteren könnte das strahlungsemittierende Bauelement Mischfarben erzeugen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das strahlungsemittierende Bauelement zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem strahlungsemittierenden Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED, handeln. Das heißt, dass das strahlungsemittierende Bauelement im Betrieb inkohärente Strahlung emittiert.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip kann insbesondere auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren. "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass eine Halbleiterschichtenfolge des strahlungsemittierenden Halbleiterchips oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest eine aktive Zone und/oder ein Aufwachssubstratwafer, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Insbesondere erzeugt der strahlungsemittierende Halbleiterchip im Betrieb blaues Licht oder UV-Strahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das strahlungsemittierende Bauelement zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, wobei jeder der strahlungsemittierenden Halbleiterchips eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, die zumindest eine Seitenfläche und eine Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst. Unter "Hauptfläche" versteht man im vorliegenden Zusammenhang eine Außenfläche mit der größten lateralen Ausdehnung. Mit anderen Worten können Deckfläche und Bodenfläche eines rechteckigen strahlungsemittierenden Halbleiterchips die jeweiligen Hauptflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips sein. Insbesondere kann die Hauptfläche eines jeden strahlungsemittierenden Halbleiterchips in lateraler Richtung um ein Vielfaches größer als die Seitenfläche eines jeden strahlungsemittierenden Halbleiterchips in vertikaler Richtung ausgebildet sein. Die vertikale Richtung verläuft dabei insbesondere parallel zu einer Wachstumsrichtung einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge des strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Die laterale Richtung verläuft zu der Wachstumsrichtung quer und verläuft zum Beispiel in der Ebene einer Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips.
  • Die Seitenflächen des Chips können die Deckfläche mit der Bodenfläche verbinden. Eine Seitenfläche verläuft dabei insbesondere quer, bevorzugt senkrecht, zur Hauptfläche.
  • Das strahlungsemittierende Bauelement kann einen oder mehrere strahlungsemittierende Halbleiterchips umfassen. Dabei können alle Halbleiterchips des strahlungsemittierenden Bauelements baugleich sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das strahlungsemittierende Bauelement zumindest ein Konversionselement, wobei jedes der Konversionselemente eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, die zumindest eine Seitenfläche und eine Hauptfläche des Konversionselements umfasst. Insbesondere ist die Hauptfläche eines jeden Konversionselements in lateraler Richtung um ein Vielfaches größer als die Seitenfläche eines jeden Konversionselements in vertikaler Richtung. Die oben beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich der Merkmale einer Hauptfläche und einer Seitenfläche im Bezug auf jedes der strahlungsemittierenden Halbleiterchips gelten analog für jedes hier beschriebene Konversionselement.
  • Das strahlungsemittierende Bauelement kann ein oder mehrere Konversionselemente umfassen. Dabei können alle Konversionselemente des strahlungsemittierenden Bauelements baugleich sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das Konversionselement zumindest ein Konversionsmaterial oder besteht aus einem Konversionsmaterial. Beispielsweise ist das Konversionsmaterial in einem Matrixmaterial wie Silikon eingebettet. Das Konversionsmaterial kann insbesondere einen YAG oder LuAG-basierenden Leuchtstoff umfassen oder aus einem keramischen Phosphor bestehen. Beispielsweise kann das Konversionsmaterial ein YAG:Ce3+ oder ein LuAG:Ce3+ sein, wobei diese seltene Erden und insbesondere Gd, Ga oder Sc beinhalten können. Weiter kann das Konversionsmaterial zumindest eines der folgenden Konversionsmaterialien umfassen oder aus einem dieser Konversionsmaterialien bestehen: SrSiON:Eu2+, (Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu2+, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, CaSiAlON:Eu2+.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das strahlungsemittierende Bauelement ein dem zumindest einen Konversionselement und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip nachgeordnetes erstes Reflexionselement. Unter "nachgeordnet" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips auf das erste Reflexionselement treffen kann. Zum Beispiel ist es möglich, dass die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Bauelements ausschließlich durch das erste Reflexionselement nach außen treten kann. Insbesondere kann das erste Reflexionselement derart nachgeordnet sein, dass die elektromagnetische Strahlung zunächst über einen Lichtleiter oder einem weiteren Reflexionselement zum ersten Reflexionselement geleitet wird, bevor die Strahlung auf das erste Reflexionselement trifft. Beispielsweise kann das erste Reflexionselement nach Art einer Abdeckung den zumindest einen Halbleiterchip überdecken und nach außen abschließen und/oder nach außen hin abgrenzen. Das erste Reflexionselement kann wellenlängenselektiv ausgebildet sein. Das heißt, dass das erste Reflexionselement elektromagnetische Strahlung eines ersten Spektralbereichs reflektiert wohingegen elektromagnetische Strahlung eines zweiten Spektralbereichs durchgelassen wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist das Verhältnis der Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller strahlungsemittierenden Halbleiterchips zu der Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller Konversionselemente größer 1. Das heißt, dass zum Beispiel die Addition aller Hauptflächen und Seitenflächen eines jeden strahlungsemittierenden Halbleiterchips einen Wert ergibt, der geteilt durch die Summe aller Hauptflächen und Seitenflächen eines jeden Konversionselements, einen Wert größer 1 ergibt. Insgesamt tritt also unkonvertierte Primärstrahlung durch eine größere Gesamtfläche aus den Halbleiterchips aus, als die Fläche durch die konvertierte Sekundärstrahlung aus dem zumindest einen Konversionselement austritt. Mit anderen Worten ist die Leuchtdichte der Konversionselemente im Vergleich höher als bei den Halbleiterchips. Somit weist die konvertierte Strahlung beziehungsweise das konvertierte Strahlenbündel, die das zumindest eine Konversionselement verlassen, eine kleinere Etendue als die im Betrieb erzeugte Strahlung des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf. Bevorzugt ist die Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller strahlungsemittierenden Halbleiterchips um ein Vielfaches größer als die Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller Konversionselemente.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements grenzt das zumindest eine Konversionselement an den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip zumindest stellenweise an. Insbesondere kann das zumindest eine Konversionselement mit einer seiner Hauptflächen an einer der Hauptflächen des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips im direkten Kontakt stehen. Das heißt, zwischen dem Konversionselement und dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip kann sich insbesondere eine Grenzfläche ausbilden. Eine mögliche mechanische Verbindung zwischen den Strahlungsaustrittsfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips und des zumindest einen Konversionselements kann aber auch durch ein Verbindungselement ausgebildet sein. Dabei ist die vertikale Ausdehnung, das heißt die Dicke, des Verbindungsmittels insbesondere derart ausgebildet, dass die vertikale Ausdehnung des Verbindungsmittels kleiner ist, als die vertikale Ausdehnung des zumindest einen Konverterelements und/oder des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Ein solches Verbindungselement kann beispielsweise ein strahlungsdurchlässiger, klarsichtiger oder transparenter Kunststoff sein. Insbesondere kommen Silikone und Epoxide als Verbindungsmittel in Frage.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements erzeugt der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchip im Betrieb Primärstrahlung. Unter "Primärstrahlung" versteht man im vorliegenden Zusammenhang diejenige elektromagnetische Strahlung, die insbesondere im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit zumindest einer ersten Wellenlänge emittiert wird.
  • Die Erzeugung der Primärstrahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips erfolgt bevorzugt in mindestens einer aktiven Zone, die mindestens eine Quantentopfstruktur und/oder mindestens einen pn-Übergang beinhaltet. Die Primärstrahlung wird insbesondere in der jeweiligen aktiven Zone eines jeden strahlungsemittierenden Halbleiterchips erzeugt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements wandelt das Konversionselement die Primärstrahlung in Sekundärstrahlung um. Bevorzugt wandelt das zumindest eine Konversionselement einen Großteil der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung um. Unter "Großteil" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 75%, besonders bevorzugt 90% der Primärstrahlung durch das zumindest eine Konversionselement absorbiert wird und entsprechend Sekundärstrahlung durch das zumindest eine Konversionselement emittiert wird. Das heißt, dass besonders bevorzugt mindestens 90% der von dem zumindest einen Halbleiterchip emittierenden Primärstrahlung in dem zumindest einen Konversionselement absorbiert und als Sekundärstrahlung emittiert wird.
  • Bei der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierten Primärstrahlung handelt es sich insbesondere nicht um eine Strahlung aus dem Spektralbereich der Sekundärstrahlung. Die Sekundärstrahlung weist im vorliegenden Zusammenhang besonders bevorzugt eine niederenergetischerere Strahlung als die Primärstrahlung auf. Der Spektralbereich der Sekundärstrahlung ist somit ungleich zum Spektralbereich der Primärstrahlung. Ferner kann sich der Spektralbereich der Sekundärstrahlung mit dem Spektralbereich der Primärstrahlung zumindest stellenweise überlappen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements verlässt die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung das strahlungsemittierende Bauelement ausschließlich durch das erste Reflexionselement hindurch, wobei das erste Reflexionselement einen Großteil der Primärstrahlung reflektiert. Wie bereits oben beschrieben, ist das erste Reflexionselement dem zumindest einen Konversionselement und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip nachgeordnet. Das erste Reflexionselement kann insbesondere wellenlängenselektiv ausgebildet sein. Die durch das Konversionselement umgewandelte Sekundärstrahlung wird zu einem Großteil durchgelassen, wobei ein Großteil der Primärstrahlung an dem ersten Reflexionselement reflektiert wird. Beispielsweise liegt das erste, wellenlängenselektive Reflexionselement als Interferenzfilter beziehungsweise dielektrischer Spiegel vor.
  • Das erste Reflexionselement reflektiert die Primärstrahlung zu einem Großteil in Richtung des zumindest einen Konversionselements und/oder des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Unter "Großteil" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass wenigstens 50% bevorzugt wenigstens 75%, besonders bevorzugt 90% der Primärstrahlung durch das erste Reflexionselement reflektiert wird. Das heißt, dass besonders bevorzugt mindestens 90%, insbesondere 99%, der Primärstrahlung im strahlungsemittierenden Bauelement verbleiben und die Primärstrahlung gegebenenfalls nach der Reflexion an dem ersten Reflexionselement auf zumindest eines der Konversionselemente trifft und in Sekundärstrahlung umgewandelt werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das strahlungsemittierende Bauelement zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, wobei jeder der strahlungsemittierenden Halbleiterchips eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, die zumindest eine Seitenfläche und eine Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst, zumindest einem Konversionselement, wobei jedes der Konversionselemente eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, die zumindest eine Seitenfläche und eine Hauptfläche des Konversionselements umfasst und ein dem zumindest einem Konversionselement und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip nachgeordnetes erstes Reflexionselement, wobei das Verhältnis der Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller strahlungsemittierenden Halbleiterchips zu der Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller Konversionselemente größer eins ist. Das zumindest eine Konversionselement an dem zumindest einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip zumindest stellenweise angrenzt, der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchip im Betrieb Primärstrahlung erzeugt, das Konversionselement die Primärstrahlung in Sekundärstrahlung umwandelt, und die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung das strahlungsemittierende Bauelement ausschließlich durch das erste Reflexionselement hindurch verlassen, wobei das erste Reflexionselement einen Großteil der Primärstrahlung reflektiert.
  • Bei den hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelementen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die begrenzte Leuchtdichte einer Lichtquelle in Etendue limitierten Vorrichtungen und Systemen – beispielsweise Projektionssysteme – zu einer ebenso begrenzten maximalen erreichbaren Gesamthelligkeit des Systems führt. Um eine erhöhte Leuchtdichte zu erzielen, macht das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauelement unter anderem von der Idee Gebrauch, die Strahlungsaustrittsflächen von zumindest einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip derart groß auszubilden, dass das auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip angrenzende Konversionselement eine im Vergleich wesentlich kleinere Strahlungsaustrittsfläche aufweist. Das Verhältnis der Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips zu der Strahlungsaustrittsfläche des Konversionselements ergibt somit einen Wert größer 1. Ferner wird insbesondere ein erstes Reflexionselement eingesetzt, dass insbesondere wellenselektiv ausgebildet sein kann und aus dem strahlungsemittierenden Bauelement im Wesentlichen Sekundärstrahlung austritt, wobei Primärstrahlung im strahlungsemittierenden Bauelement insbesondere nach dem Prinzip der Mehrfachreflexion verbleiben kann, so dass die Primärstrahlung zu einem späteren Zeitpunkt durch das Konversionselement umgewandelt oder durch das Konversionselement absorbiert werden kann. Hierdurch kann eine Maximierung der Lichtausbeute erreicht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements trifft ein Teil der Primärstrahlung von zumindest einem der strahlungsemittierenden Halbleiterchips direkt und/oder ohne konvertiert zu werden auf das erste Reflexionselement und ein Teil tritt direkt in das zumindest eine angrenzende Konversionselement ein. Mit anderen Worten sind zumindest stellenweise Strahlungsaustrittsflächen des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips frei von einem der Konversionselemente. In diesen Bereichen grenzt das Konversionselement nicht an der Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips an und die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung trifft ungehindert auf das erste Reflexionselement. Grenzt das zumindest eine Konversionselement an den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip an, so kann insbesondere eine Umwandlung der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements trifft die an dem Reflexionselement reflektierte Primärstrahlung zumindest zum Teil auf das Konversionselement. Die reflektierte Primärstrahlung verbleibt wie bereits oben beschrieben zumindest teilweise im Bauelement. Da die Strahlungsaustrittsflächen des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips größer ausgebildet ist als die Strahlungsaustrittsflächen des zumindest einen Konversionselements, kann die Primärstrahlung insbesondere auf ein Konversionselement beziehungsweise auf einen Halbleiterchip treffen. Die auf das Konversionselement auftreffende und am ersten Reflexionselement reflektierte Primärstrahlung kann in Sekundärstrahlung umgewandelt werden, wobei die auf den zumindest einen Halbleiterchip auftreffende Primärstrahlung hinsichtlich seiner Wellenlänge unverändert im Bauelement verbleiben kann und beispielsweise durch ein weiteres Reflexionselement reflektiert werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist die Anzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterchips größer als die Anzahl der Konversionselemente. Wie bereits oben beschrieben, kann das strahlungsemittierenden Bauelement eine Vielzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterchips und eine Vielzahl von Konversionselemente umfassen, wobei das Verhältnis der Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller strahlungsemittierenden Halbleiterchips zu der Summe der Strahlungsaustrittsflächen aller Konversionselemente einen Wert größer 1 ergibt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements sind die strahlungsemittierenden Halbleiterchips in Reihen und Spalten angeordnet, wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterchips zueinander beabstandet angeordnet sind. Das zumindest eine Konversionselement kann dabei zumindest stellenweise an zumindest einem, insbesondere mehrere, der strahlungsemittierenden Halbleiterchips angrenzend angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst dieses wenigstens zwei strahlungsemittierende Halbleiterchips und ein einziges Konversionselement. Die wenigstens zwei strahlungsemittierenden Halbleiterchips können dabei zum Beispiel baugleich sein und Primärstrahlung der gleichen Farbe emittieren, wobei die Summe der Strahlungsaustrittsflächen der mindestens zwei strahlungsemittierenden Halbleiterchips zu der Summe der Strahlungsaustrittsfläche des einzigen Konversionselements im Verhältnis zueinander einen Wert größer 1 ergibt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst dieses einen Träger mit einer ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche ein zweites Reflexionselement umfasst, wobei der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchip auf der ersten Hauptfläche des Trägers angeordnet ist und das zweite Reflexionselement zur Reflexion von Primärstrahlung und Sekundärstrahlung eingerichtet ist. Der Träger kann ein elektrisch isolierendes und/oder ein elektrisch leitendes Material umfassen. Der Träger kann insbesondere nach Art eines Leiterrahmens, welcher in einer Vergussmasse vergossen ist, ausgebildet sein. Ferner kann es sich bei dem Träger um eine Leiterplatte, zum Beispiel in Form einer Metallkernplatine, handeln. Der Träger ist selbsttragend ausgebildet. Unter "erste Hauptfläche" versteht man die Außenfläche mit der größten lateralen Ausdehnung des Trägers, die den Halbleiterchips zugewandt ist.
  • Auf der ersten Hauptfläche ist ein zweites Reflexionselement ausgebildet, wobei die oben beschriebene Anordnung aus zumindest einem Konversionselement und zumindest einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip auf der ersten Hauptfläche des Trägers mit dem zweiten Reflexionselement angeordnet sein kann. Wie bereits oben beschrieben, kann die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung das strahlungsemittierende Bauelement ausschließlich durch das erste Reflexionselement hindurch lassen, wobei das erste Reflexionselement einen Großteil der Primärstrahlung reflektiert. Die insbesondere durch das erste Reflexionselement reflektierte Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung können insbesondere durch das zweite Reflexionselement wiederum reflektiert werden. Mit anderen Worten wird insbesondere durch die Ausbildung des zweiten Reflexionselements eine Mehrfachreflexion innerhalb des strahlungsemittierenden Bauelements ermöglicht. Hierdurch wird insbesondere der Anteil, der auf das zumindest eine Konversionselement auftreffenden Primärstrahlung erhöht, dass insbesondere eine Steigerung der Leuchtdichte des zumindest einen Konversionselements zur Folge haben kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst der Träger Seitenwandflächen, die zumindest stellenweise an der ersten Hauptfläche des Trägers angrenzen, wobei das zweite Reflexionselement auf den Seitenwandflächen des Trägers ausgebildet ist und die Seitenwandflächen den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip in lateraler Richtung umschließt. Mit anderen Worten ist der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchip und das zumindest eine Konversionselement in einem Gehäuse angeordnet, wobei beispielsweise die Bodenfläche und die Seitenwandfläche des Gehäuses mit dem zweiten Reflexionselement ausgebildet sein können. Das zweite Reflexionselement kann auf den entsprechenden Flächen aufgesprüht, aufgedampft und/oder aufgewachsen werden. Das erste Reflexionselement kann dabei als Abdeckfläche des Gehäuses ausgebildet sein und insbesondere mit den Seitenwandflächen des Gehäuses bündig abschließen. In einer weiteren Ausführungsform kann das erste Reflexionselement linsenförmig und/oder nach Art einer Schicht ausgebildet sein und insbesondere an den Seitenflächen des Gehäuses angeordnet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements emittiert der strahlungsemittierende Halbleiterchip im Betrieb Primärstrahlung aus dem Spektralbereich von blauem Licht. Zum Beispiel liegen die Peak-Wellenlängen der Primärstrahlung im Bereich von 400 bis 490 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements befindet sich die Sekundärstrahlung im Spektralbereich von sichtbarem Licht und weist eine andere Farbe als die Primärstrahlung auf. Die Primärstrahlung wird durch das Konversionselement besonders bevorzugt in niederenergetischere Sekundärstrahlung konvertiert, welche zumindest eine größere Wellenlänge als 490 nm aufweist und sich im sichtbaren Bereich befindet. Insbesondere kann es sich bei der Sekundärstrahlung um farbiges Licht, insbesondere um grünes, gelbes, oranges oder rotes Licht handeln.
  • Dabei wird die Primärstrahlung besonders bevorzugt in einfarbige Sekundärstrahlung, insbesondere einfarbiges Licht, konvertiert. Die einfarbige Sekundärstrahlung eignet sich besonders gut für den Einsatz in Projektionsvorrichtungen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist das zumindest eine Konversionselement an einer Hauptfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordnet und grenzt an der Hauptfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips an, wobei zumindest die Seitenfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips frei von dem zumindest einen Konversionselement ist. Das zumindest eine Konversionselement überdeckt den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip vollständig. Das angrenzende zumindest eine Konversionselement schließt mit seinen Seitenfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips in lateraler Richtung bündig ab. Die an der Hauptfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips austretende Primärstrahlung gelangt somit direkt in das zumindest eine Konversionselement, wo ein Großteil der Primärstrahlung zur Sekundärstrahlung konvertiert werden kann. In dieser Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements trifft keine Primärstrahlung durch die Hauptfläche des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips direkt auf das erste Reflexionselement. Durch die Seitenflächen der Strahlungsaustrittsfläche des zumindest strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann Primärstrahlung ohne Einfluss des zumindest einen angrenzenden Konversionselements austreten. Das heißt, dass zumindest teilweise die von dem zumindest einen Halbleiterchip durch seine Seitenflächen emittierte Primärstrahlung zunächst nicht das Konversionselement passiert, durchläuft und/oder durchdringt.
  • Es wird weiter eine optische Projektionsvorrichtung angegeben mit einer Lichtquelle, die zumindest ein hier beschriebenes strahlungsemittierendes Bauelement umfasst und ein bildgebendes Element, wobei die Lichtquelle zur Ausleuchtung des bildgebenden Elements vorgesehen ist. Die Lichtquelle kann insbesondere drei strahlungsemittierende Bauelemente aufweisen, die jeweils grünes, rotes und/oder blaues Licht erzeugen und in einen X-Cube einstrahlen. Die Lichtquelle kann insbesondere weißes Mischlicht erzeugen, die zur Ausleuchtung des bildgebenden Elements eingesetzt werden kann. Das in dem bildgebenden Element erzeugte Bild kann ferner auf einer Projektionsfläche abgebildet beziehungsweise projiziert werden.
  • Im Folgenden wird das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauelement anhand von Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
  • Die schematischen Schnittdarstellungen der 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelements.
  • Die 4 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Projektionsvorrichtung.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
  • Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Bauelements 100. Das strahlungsemittierende Bauelement 100 umfasst mehrere strahlungsemittierende Halbleiterchips 1, ein Konversionselement 5, ein erstes Reflexionselement 9 und einen Träger 30 mit einer ersten Hauptfläche 31, wobei die erste Hauptfläche 31 ein zweites Reflexionselement 32 umfasst. Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 sind zueinander beabstandet und bilden eine Reihe und/oder eine durch drei Reihen und drei Spalten gekennzeichnete Matrix aus.
  • Die strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 grenzen mit ihren Hauptflächen 4 an der ersten Hauptfläche 31 des Trägers 30 an, wobei das Konversionselement 5 mit ihrer Hauptfläche 8 in Abstrahlrichtung Z mit den Hauptflächen 4 der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 im direkten Kontakt steht. Das Konversionselement 5 ist mittig auf den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 angeordnet. Das erste Reflexionselement 9 ist den strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 und dem Konversionselement 5 derart nachgeordnet, dass die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung 10 und Sekundärstrahlung 20 das strahlungsemittierende Bauelement 100 ausschließlich durch das erste Reflexionselement 9 hindurch verlassen, wobei das erste Reflexionselement 9 einen Großteil der Primärstrahlung reflektiert. Die 1 zeigt, dass die Primärstrahlung 10, welche durch das Konversionselement 5 in Sekundärstrahlung 20 umgewandelt wird, durch das erste Reflexionselement 9 hindurch treten kann, wohingegen die unkonvertierte Primärstrahlung 10 zum Großteil am ersten Reflexionselement 9 reflektiert wird. Die direkt von dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 emittierte und auf das erste Reflexionselement auftreffende Primärstrahlung 10 kann insbesondere in Richtung des Konverterelements 5 reflektiert werden, wobei eine Umwandlung der Primärstrahlung 10 in Sekundärstrahlung 20 erfolgen kann. Die durch das erste Reflexionselement 9 reflektierte Primärstrahlung 10 kann ferner auf das zweite Reflexionselement 32 treffen, wobei wiederum eine Reflexion beziehungsweise Mehrfachreflexion stattfinden kann, so dass zumindest teilsweise die reflektierte Primärstrahlung 10 durch das Konversionselement 5 konvertiert beziehungsweise absorbiert werden kann.
  • In der 2 ist eine weitere schematische Schnittdarstellung des strahlungsemittierenden Bauelements 100 gezeigt. Im Unterschied zur 1 ist nur ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 1 gezeigt, wobei das Konversionselement 5 mit der dem ersten Reflexionselement 9 zugewandten Hauptfläche 4 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 im direkten Kontakt steht. In der 2 ist die Summe aller Strahlungsaustrittsflächen des einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 wesentlich größer als die Summe aller Strahlungsaustrittsflächen des einen Konversionselements 5, so dass das Verhältnis der Summe der Strahlungsaustrittsflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips zu der Summe der Strahlungsaustrittsfläche des Konversionselements einen Wert größer 1 ergibt. Ferner ist das Konversionselement 5 an der Hauptfläche 4 derart angeordnet, dass die Seitenflächen 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 frei von dem Konversionselement 5 ist.
  • In der 3 ist eine schematische Schnittdarstellung des strahlungsemittierenden Bauelements 100 gezeigt, wobei sich die in 1 beschriebene Anordnung hinsichtlich der strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 und dem Konverterelement 5 in einer Ausnehmung eines Gehäuses befindet. Das Gehäuse umfasst Seitenwandflächen 33 und den Träger 30, wobei der Träger 30 die erste Hauptfläche 31 aufweist. Ferner sind an den zumindest einen Halbleiterchip 1 umschließenden Flächen der Seitenwandflächen 33 und der ersten Hauptfläche 31 des Trägers 30 jeweils das zweite Reflexionselement 32 ausgebildet. Das erste Reflexionselement 9 schließt bündig mit den Seitenwandflächen 33 des Gehäuses ab. Basierend auf dem ersten und zweiten Reflexionselement 9, 32 kann es innerhalb des strahlungsemittierenden Bauelements 100 zur Mehrfachreflexion der Primärstrahlung 10 und Sekundärstrahlung 20 kommen, wobei das erste Reflexionselement einen Großteil der Sekundärstrahlung transmittiert und/oder durchlässt.
  • In der 4 ist eine schematische Darstellung einer optischen Projektionsvorrichtung mit einer Lichtquelle 201, die drei strahlungsemittierende Bauelemente 100 umfasst, und ein bildgebendes Element 202 gezeigt. Die drei strahlungsemittierenden Bauelemente 100, die insbesondere nach einem der Ausführungsbeispiele aus den 1, 2 oder 3 ausgebildet sein können, emittieren jeweils Sekundärstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge, die beispielsweise grüne, rote und blaue Spektralbereiche umfassen können. Die Lichtquelle 201 ist in der Lage, durch einen X-Cube weiße Mischstrahlung zu erzeugen. Die durch die Lichtquelle 201 erzeugte Mischstrahlung kann zur Ausleuchtung des bildgebenden Elements 202 eingesetzt werden.
  • 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 (11)

  1. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) mit – zumindest einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1), wobei jeder der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) eine Strahlungsaustrittsfläche (2) aufweist, die zumindest eine Seitenfläche (3) und eine Hauptfläche (4) des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) umfasst, – zumindest einem Konversionselement (5), wobei jedes der Konversionselemente (5) eine Strahlungsaustrittsfläche (6) aufweist, die zumindest eine Seitenfläche (7) und eine Hauptfläche (8) des Konversionselements (5) umfasst, und – ein dem zumindest einen Konversionselement (5) und dem zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) nachgeordnetes erstes Reflexionselement (9), wobei – das Verhältnis der Summe der Strahlungsaustrittsflächen (2) aller strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) zu der Summe der Strahlungsaustrittsflächen (6) aller Konversionselemente (5) größer 1 ist, – das zumindest eine Konversionselement (5) an den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) zumindest stellenweise angrenzt, – der zumindest eine strahlungsemittierende Halbleiterchip (1) im Betrieb Primärstrahlung (10) erzeugt, – das Konversionselement (5) die Primärstrahlung (10) in Sekundärstrahlung (20) umwandelt, und – die Primärstrahlung (10) und die Sekundärstrahlung (20) das strahlungsemittierende Bauelement (100) ausschließlich durch das erste Reflexionselement (9) hindurch verlassen, wobei das erste Reflexionselement (9) einen Großteil der Primärstrahlung (10) reflektiert.
  2. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem ein Teil der Primärstrahlung (10) von zumindest einem der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) direkt auf das erste Reflexionselement (9) trifft und ein Teil direkt in das zumindest eine angrenzende Konversionselement (5) eintritt.
  3. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die an dem ersten Reflexionselement (9) reflektierte Primärstrahlung (10) zumindest zum Teil auf das Konversionselement (5) trifft.
  4. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Anzahl der strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) größer ist als die Anzahl der Konversionselemente (5).
  5. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit wenigstens zwei strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) und einem einzigen Konversionselement (5).
  6. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit – einem Träger (30) mit einer erste Hauptfläche (31), wobei die erste Hauptfläche (31) ein zweites Reflexionselement (32) umfasst, wobei – der zumindest eine strahlungsemittierende Halbeiterchip (1) auf der ersten Hauptfläche (31) des Trägers (30) angeordnet ist, und – das zweite Reflexionselement (32) zur Reflexion von Primärstrahlung (10) und Sekundärstrahlung (20) eingerichtet ist.
  7. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Träger (30) Seitenwandflächen (33) umfasst, die zumindest stellenweise an die erste Hauptfläche (31) des Trägers (30) angrenzen, wobei das zweite Reflexionselement (32) auf den Seitenwandflächen (33) des Trägers (30) ausgebildet ist, und die Seitenwandflächen (33) den zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) in lateraler Richtung umschließt.
  8. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der strahlungsemittierende Halbleiterchip (1) im Betrieb Primärstrahlung (10), aus dem Spektralbereich von blauem Licht, emittiert.
  9. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem sich die Sekundärstrahlung (20) im Spektralbereich von sichtbarem Licht befindet und eine andere Farbe als die Primärstrahlung (10) aufweist.
  10. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das zumindest eine Konversionselement (5) an einer Hauptfläche (4) des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) angeordnet ist und an der Hauptfläche (4) des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) angrenzt, wobei zumindest die Seitenflächen (3) des zumindest einen strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) frei von dem zumindest einen Konversionselement (5) ist.
  11. Optische Projektionsvorrichtung (200) mit – einer Lichtquelle (201), die zumindest ein strahlungsemittierendes Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst, und – einem bildgebenden Element (202), wobei die Lichtquelle (201) zur Ausleuchtung des bildgebenden Elements (202) vorgesehen ist.
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