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Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Optoelektronische Bauelemente sind beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben:
US 6,577,073 ,
US 2008/0048193 ,
US 6,513,949 .
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Es soll ein optoelektronisches Bauelement mit guter Effizienz angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das optoelektronische Bauelement umfasst einen ersten Halbleiterkörper, der dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs auszusenden. Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement einen zweiten Halbleiterkörper, der dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs auszusenden. Das optoelektronische Bauelement umfasst auch einen Leuchtstoff, der dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der Leuchtstoff ist hierbei in einem Strahlengang des ersten Halbleiterkörpers angeordnet. Ein leuchtstofffreies Element ist im Strahlengang des zweiten Halbleiterkörpers platziert.
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Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der Leuchtstoff ebenfalls in einem Strahlengang des zweiten Halbleiterkörpers angeordnet. Dies vereinfacht in der Regel die Herstellung des optoelektronischen Bauelements, da die Positionierung des Leuchtstoffs nicht auf den Strahlengang des ersten Halbleiterkörpers beschränkt sein muss.
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Der erste Halbleiterkörper sendet die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in der Regel bevorzugt zumindest von einer Strahlungsaustrittsfläche aus. Auch der zweite Halbleiterkörper sendet die Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs bevorzugt zumindest von einer Strahlungsaustrittsfläche aus. Bei dem Strahlengang des ersten Halbleiterkörpers handelt es sich bevorzugt um den Volumenbereich des optoelektronischen Bauelements, der ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche von der von dem ersten Halbleiterkörper ausgesandten elektromagnetischen Strahlung durchsetzt wird. Bei dem Strahlengang des zweiten Halbleiterkörpers handelt es sich bevorzugt um den Volumenbereich des optoelektronischen Bauelements, der ausgehend von der Strahlungsaustrittsfläche von der von dem zweiten Halbleiterkörper ausgesandten elektromagnetischen Strahlung durchsetzt wird. Der Strahlengang des ersten Halbleiterkörpers und der Strahlengang des zweiten Halbleiterkörpers können sich hierbei überschneiden.
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In der Regel liegt der Leuchtstoff in Partikelform vor und ist nicht dazu vorgesehen oder nicht dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Daher stellt der Leuchtstoff häufig einen Streu- oder Absorptionskörper für die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs dar und es können ungewollte Absorptions- und Streueffekte der Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs aufgrund des Leuchtstoffs auftreten.
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Dem optoelektronischen Bauelement liegt nun die Idee zugrunde, den optischen Weg der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs durch Bereiche des optoelektronischen Bauelements, die mit dem Leuchtstoff versehen sind, zumindest zu verringern. Hierzu dient das leuchtstofffreie Element, das in dem Strahlengang des zweiten Halbleiterkörpers positioniert ist.
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Der erste Halbleiterkörper und der zweite Halbleiterkörper umfassen in der Regel jeweils eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone, die dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs beziehungsweise des zweiten Wellenlängenbereichs auszusenden. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ist vergleichsweise dünn ausgebildet und weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 20 Mikrometer oder weniger, insbesondere im Bereich von 5 Mikrometer auf.
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Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge wird in der Regel auf einem Aufwachssubstrat, wie beispielsweise Saphir oder Siliziumcarbid, epitaktisch aufgewachsen. Das Aufwachssubstrat kann nach dem epitaktischen Aufwachsen entfernt oder gedünnt werden, so dass das Aufwachssubstrat alleine die epitaktische Halbleiterschichtenfolge nicht mehr ausreichend mechanisch stabilisiert. In diesem Fall wird an der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge in der Regel ein Trägerelement befestigt, der von dem Aufwachssubstrat verschieden ist und zur mechanischen Stabilisierung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge dient. Das Trägerelement weist hierzu in der Regel eine Dicke von mehreren hundert Mikrometern auf. Besonders bevorzugt weist das Trägerelement eine Dicke zwischen einschließlich 100 Mikrometern und einschließlich 200 Mikrometern auf.
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Zwischen dem Trägerelement und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt eine reflektierende Schicht angeordnet, die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, zu der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers umlenkt. Ein derartiger Halbleiterkörper wird auch als Dünnfilmhalbleiterkörper bezeichnet. Ein Dünnfilmhalbleiterkörper ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63, 16, 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Dünnfilmhalbleiterkörper um einen Oberflächenstrahler. Mit anderen Worten sendet der Dünnfilmhalbleiterkörper die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung zum überwiegenden Teil von seiner Strahlungsaustrittsfläche aus, während lediglich ein sehr kleiner Teil über die Seitenflächen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge emittiert wird. Über die Seitenflächen des Trägerelements sendet der Dünnfilmhalbleiterkörper aufgrund der reflektierenden Schicht in der Regel keine Strahlung aus. Handelt es sich bei dem ersten Halbleiterkörper um einen Dünnfilmhalbleiterkörper, so kann eine Konversion der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängebereichs auch mit einer wellenlängenkonvertierenden Schicht, die den Leuchtstoff umfasst und in direktem Kontakt bevorzugt nur auf die Strahlungsaustrittsfläche des ersten Halbleiterkörpers aufgebracht ist, erfolgen. Bei einer derartigen Anordnung treten Effizienzverluste aufgrund von Streuung und Absorption der Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs an den Leuchtstoffpartikeln nur in sehr geringem Maße auf.
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Weiterhin gibt es auch Halbleiterkörper, die das Aufwachssubstrat für die epitaktische Halbleiterschichtenfolge im Gegensatz zu dem Dünnfilmhalbleiterkörper noch umfassen. Diese Halbleiterkörper werden auch als Volumenemitter bezeichnet. Bei diesen Halbleiterkörpern ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge in der Regel in direktem Kontakt mit dem Aufwachssubstrat angeordnet. Volumenemitter sind beispielsweise in der Druckschrift
WO 01/61764 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Im Unterschied zu dem Dünnfilmhalbleiterkörper weisen Volumenemitter in der Regel eine Abstrahlung über ihre Seitenflanken und insbesondere über den Teil der Seitenflanken auf, die durch das Aufwachssubstrat gebildet sind. Der Grund hierfür ist, dass das Aufwachssubstrat, wie Saphir oder Siliziumcarbid, durchlässig ist für die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung und weiterhin, dass zwischen dem Aufwachssubstrat und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge in der Regel keine reflektierende Schicht angeordnet ist.
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Im Gegensatz zu einem Dünnfilmhalbleiterkörper ist bei einem Volumenemitter eine Konversion der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs durch eine wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffschicht, die lediglich auf der Strahlungsaustrittsfläche des ersten Halbleiterkörpers aufgebracht ist, in der Regel aus technischer Sicht nicht sinnvoll, da aufgrund der Strahlung, die über die Seitenflanken ausgesandt werden, ein inhomogener Farbeindruck des von dem Bauelement ausgesandten Lichts entsteht.
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Das optoelektronische Bauelement umfasst gemäß einer Ausführungsform einen ersten Halbleiterkörper und/oder einen zweiten Halbleiterkörper, die als Volumenemitter ausgebildet sind. Mit anderen Worten umfassen der erste Halbleiterkörper und/oder der zweite Halbleiterkörper das Aufwachssubstrat und senden im Betrieb insbesondere Strahlung über ihre Seitenflanken aus.
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Sendet zumindest einer der Halbleiterkörper Strahlung über seine Seitenflanken aus, so ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Leuchtstoff nicht nur auf der Strahlungsaustrittsfläche des ersten Halbleiterkörpers angeordnet ist, sondern auch dessen strahlungsemittierende Flanken möglichst vollständig umgibt, beispielsweise in Form eines Vergusses. Auf diese Art und Weise kann ein homogenerer Farbeindruck des optoelektronischen Bauelements erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen ersten Halbleiterkörper und/oder einen zweiten Halbleiterkörper, die als Oberflächenemitter, beispielsweise als Dünnfilmhalbleiterkörper ausgebildet sind.
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Das dem optoelektronischen Bauelement zugrundeliegende Konzept, nämlich die Platzierung eines leuchtstofffreien Elements im Strahlengang des zweiten Halbleiterkörpers zur Effizienzsteigerung, ist dazu geeignet, in Kombination mit Halbleiterkörpern verwendet zu werden, die als Volumenemitter oder als Oberflächenemitter ausgebildet sind.
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Das leuchtstofffreie Element ist besonders bevorzugt möglichst vollständig frei von dem Leuchtstoff. Hierbei ist es jedoch durchaus möglich, dass beispielsweise aufgrund von Diffusionsprozessen oder Toleranzen bei der Herstellung des leuchtstofffreien Elementes geringe Spuren an Leuchtstoff in dem leuchtstofffreien Element enthalten sind. Das leuchtstofffreie Element weist besonders bevorzugt vernachlässigbare wellenlängenkonvertierende Eigenschaften auf. Mit wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften sind vorliegend insbesondere die Eigenschaften eines Leuchtstoffs gemeint, der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs absorbiert, diese auf atomarer oder molekularer Ebene in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt und aussendet. Insbesondere ist eine Absorption, wie sie beispielsweise bei Filterstoffen erfolgt, oder ein Streueffekt keine wellenlängenkonvertierende Eigenschaft im Sinne der vorliegenden Anmeldung.
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Besonders bevorzugt ist der Strahlengang des ersten Halbleiterkörpers frei von dem leuchtstofffreien Element.
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Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das leuchtstofffreie Element als leuchtstofffreier Verguss ausgebildet, von dem der zweite Halbleiterkörper unmittelbar umgeben ist. Der zweite Halbleiterkörper ist bevorzugt in den leuchtstofffreien Verguss eingebettet. Besonders bevorzugt umgibt der leuchtstofffreie Verguss die Strahlungsaustrittsfläche und die Seitenflanken des zweiten Halbleiterkörpers möglichst vollständig. Der leuchtstofffreie Verguss enthält beispielsweise ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung dieser Materialien. Der leuchtstofffreie Verguss kann auch aus einem Silikon, einem Epoxid oder einer Mischung dieser Materialien gebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das leuchtstofffreie Element eine leuchtstofffreie Schicht, die bevorzugt in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche des zweiten Halbleiterkörpers steht. Bei dieser Ausführungsform können die Seitenflanken des zweiten Halbleiterkörpers frei sein von der leuchtstofffreien Schicht. Besonders bevorzugt wird die leuchtstofffreie Schicht in Kombination mit einem zweiten Halbleiterkörper eingesetzt, der als Oberflächenemitter, beispielsweise als Dünnfilmhalbleiterkörper, ausgebildet ist. Auch der zweite Halbleiterkörper kann hierbei als Oberflächenemitter, etwa als Dünnfilmhalbleiterkörper ausgebildet sein. Die leuchtstofffreie Schicht weist hierbei besonders bevorzugt die gleichen Abmessungen auf wie die Strahlungsaustrittsfläche des zweiten Halbleiterkörpers. Die leuchtstofffreie Schicht kann beispielsweise ebenfalls ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung dieser Materialien enthalten oder aus einem Silikon, einem Epoxid oder einer Mischung dieser Materialien gebildet sein.
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Die leuchtstofffreie Schicht weist besonders bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 50 Mikrometer und einschließlich 700 Mikrometer auf.
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Im Unterschied zu dem leuchtstofffreien Verguss, der variierende Dicken aufweisen kann, weist die leuchtstofffreie Schicht bevorzugt eine möglichst homogene Dicke entlang einer Haupterstreckungsebene auf. Besonders bevorzugt weicht die Dicke der leuchtstofffreien Schicht nicht mehr als 15 % von einem vorgegeben Wert entlang der Haupterstreckungsebene ab.
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Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind Partikel des Leuchtstoffs in einen wellenlängenkonvertierenden Verguss eingebracht, der den ersten Halbleiterkörper und den zweiten Halbleiterkörper besonders bevorzugt umgibt. Der erste Halbleiterkörper ist bevorzugt in den Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln eingebettet. Handelt es sich bei dem ersten Halbleiterkörper um einen Volumenemitter, durchläuft auch die von den Seitenflanken des Halbleiterkörpers ausgesandte Strahlung den wellenlängenkonvertierenden Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln.
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Beispielsweise sind der erste Halbleiterkörper und der zweite Halbleiterkörper in eine gemeinsame Ausnehmung eines Bauelementgehäuses montiert. Die Ausnehmung ist bevorzugt mit dem Verguss gefüllt, der die Partikel des Leuchtstoffs enthält. Das leuchtstofffreie Element kann hierbei beispielsweise als leuchtstofffreier Verguss oder als leuchtstofffreie Schicht ausgebildet sein. Beispielsweise ist der zweite Halbleiterkörper unmittelbar von dem leuchtstofffreien Verguss umgeben, das heißt, der leuchtstofffreie Verguss und der zweite Halbleiterkörper stehen in direktem Kontakt miteinander. Der Verguss mit den Partikeln des Leuchtstoffs umgibt bevorzugt den ersten Halbleiterkörper und den zweiten Halbleiterkörper, wobei zwischen dem Verguss mit dem Leuchtstoff und dem zweiten Halbleiterkörper der leuchtstofffreie Verguss als leuchtstofffreies Element angeordnet ist. Der erste Halbleiterkörper ist hierbei bevorzugt direkt in den Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln eingebettet, wohingegen der zweite Halbleiterkörper durch den leuchtstofffreien Verguss von dem Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln getrennt ist. Der leuchtstofffreie Verguss und der Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln bilden hierbei bevorzugt eine gemeinsame Grenzfläche aus.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die Partikel des Leuchtstoffs in einer wellenlängenkonvertierenden Linse oder in einer wellenlängenkonvertierenden Schicht enthalten, die über dem ersten Halbleiterkörper und dem zweiten Halbleiterkörper angeordnet ist. Die wellenlängenkonvertierende Linse oder die wellenlängenkonvertierende Schicht können beispielsweise durch Molden gefertigt sein. Zum Molden einer wellenlängenkonvertierenden Linse oder einer wellenlängenkonvertierenden Schicht mit Partikeln des Leuchtstoffs, werden die Leuchtstoffpartikel in der Regel in ein Harz, wie ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung dieser Materialien eingebracht. Das Harz mit den Leuchtstoffpartikeln wird dann mit Hilfe eines Werkzeugs in die gewünschte Form und Position gebracht und ausgehärtet.
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Beispielsweise können der erste Halbleiterkörper und der zweite Halbleiterkörper auf einen gemeinsamen Träger aufgebracht sein, wobei Partikel des Leuchtstoffs in einer wellenlängenkonvertierenden Linse oder einer wellenlängenkonvertierenden Schicht über dem ersten Halbleiterkörper und dem zweiten Halbleiterkörper angeordnet sind. Hierbei können die wellenlängenkonvertierende Linse und die wellenlängenkonvertierende Schicht wiederum mittels einer Form oder einem Werkzeug, beispielsweise mittels Molden, hergestellt sein.
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Die wellenlängenkonvertierende Schicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 15 Mikrometer und einschließlich 700 Mikrometer auf.
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Die wellenlängenkonvertierende Schicht weist bevorzugt eine möglichst homogene Dicke entlang einer Haupterstreckungsebene auf. Besonders bevorzugt weicht die Dicke der wellenlängenkonvertierenden Schicht nicht mehr als 15 % von einem vorgegebenen Wert entlang der Haupterstreckungsebene ab.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der Leuchtstoff in einer sedimentierten Schicht enthalten, die über dem ersten Halbleiterkörper und über dem zweiten Halbleiterkörper angeordnet ist. Bevorzugt sind der erste Halbleiterkörper und der zweite Halbleiterkörper bei dieser Ausführungsform auf den Boden einer Ausnehmung eines gemeinsamen Bauelementgehäuses montiert. Der zweite Halbleiterkörper ist hierbei bevorzugt unmittelbar von einem leuchtstofffreien Verguss als leuchtstofffreies Element umgeben oder es befindet sich eine leuchtstofffreie Schicht in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche des zweiten Halbleiterkörpers. Die sedimentierte Schicht mit den Leuchtstoffpartikeln steht bevorzugt in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche des ersten Halbleiterkörpers und mit dem leuchtstofffreien Element. In der Regel befindet sich die sedimentierte Leuchtstoffschicht auch auf den freiliegenden Bereichen des Bodens der Ausnehmung. Das restliche Volumen der Ausnehmung ist in der Regel mit einem Harz – beispielsweise einem Silikon, einem Epoxid oder einer Mischung dieser Materialien – gefüllt, das nur noch sehr geringe Anteile an Leuchtstoffpartikel enthält.
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Die Dicke der sedimentierten Schicht mit den Leuchtstoffpartikeln beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 15 Mikrometer und einschließlich 150 Mikrometer.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist das leuchtstofffreie Element lichtstreuende Partikel auf. Mit Hilfe der lichtstreuenden Partikel kann mit Vorteil der Streuquerschnitt der Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs, die von dem zweiten Halbleiterkörper ausgesandt wird, eingestellt werden.
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Die lichtstreuenden Partikel können beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen: Siliziumoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid.
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Die lichtstreuenden Partikel weisen bevorzugt einen Durchmesser zwischen einschließlich 150 Nanometer und einschließlich 800 Nanometer auf.
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Die lichtstreuenden Partikel sind in dem leuchtstofffreien Element besonders bevorzugt in einer Konzentration zwischen einschließlich 0,01 % und einschließlich 10 % enthalten.
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Besonders bevorzugt sendet der erste Halbleiterkörper blaues Licht aus. Mit anderen Worten umfasst der erste Wellenlängenbereich besonders bevorzugt blaues Licht oder ist aus blauem Licht gebildet. Der zweite Halbleiterkörper sendet beispielsweise grünes oder rotes Licht aus. Mit anderen Worten ist der zweite Wellenlängenbereich beispielsweise aus grünem oder rotem Licht gebildet oder weist grünes oder rotes Licht auf.
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Der Leuchtstoff ist besonders bevorzugt dazu geeignet, rotes oder grünes Licht auszusenden. Besonders bevorzugt ist der Leuchtstoff dazu geeignet, blaues Licht des ersten Halbleiterkörpers in rotes oder grünes Licht umzuwandeln. Mit anderen Worten weist der dritte Wellenlängenbereich besonders bevorzugt rotes oder grünes Licht auf oder ist aus rotem oder grünem Licht gebildet.
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Als Leuchtstoff kann beispielsweise eines der folgenden Materialien verwendet werden: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen ersten Halbleiterkörper auf, der blaues Licht eines ersten Wellenlängenbereiches aussendet. Das blaue Licht des ersten Halbleiterkörpers wird von dem Leuchtstoff besonders bevorzugt teilweise in rotes Licht des dritten Wellenlängenbereichs umgewandelt. Der zweite Halbleiterkörper sendet bevorzugt grünes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs aus. Das optoelektronische Bauelement sendet bevorzugt mischfarbiges Licht aus, das aus blauem Licht des ersten Wellenlängenbereichs, aus grünem Licht des zweiten Wellenlängenbereichs und aus rotem Licht des dritten Wellenlängenbereichs gebildet ist. Das optoelektronische Bauelement sendet bevorzugt mischfarbiges Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aus.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen ersten Halbleiterkörper auf, der blaues Licht eines ersten Wellenlängenbereiches aussendet. Das blaue Licht des ersten Halbleiterkörpers wird von dem Leuchtstoff besonders bevorzugt teilweise in grünes Licht des dritten Wellenlängenbereichs umgewandelt. Der zweite Halbleiterkörper sendet bevorzugt rotes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs aus. Das optoelektronische Bauelement sendet bevorzugt mischfarbiges Licht aus, das aus blauem Licht des ersten Wellenlängenbereichs, aus rotem Licht des zweiten Wellenlängenbereichs und aus grünen Licht des dritten Wellenlängenbereichs gebildet ist. Das optoelektronische Bauelement sendet bevorzugt mischfarbiges Licht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aus.
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Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Die 1 bis 6 zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel.
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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.
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Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 weist einen ersten Halbleiterkörper 1 und einen zweiten Halbleiterkörper 2 auf. Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement ein Bauelementgehäuse 3 auf. Der erste Halbleiterkörper 1 und der zweite Halbleiterkörper 2 sind beabstandet nebeneinander auf einen Boden einer Ausnehmung 4 des Bauelementgehäuses 3 montiert. Der erste Halbleiterkörper 1 und der zweite Halbleiterkörper 2 sind vorderseitig jeweils mit einem Bonddraht 5 elektrisch kontaktiert.
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Der erste Halbleiterkörper 1 und der zweite Halbleiterkörper 2 sind vorliegend Volumenemitter. Der erste Halbleiterkörper und der zweite Halbleiterkörper weisen daher jeder ein Aufwachssubstrat auf, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven strahlungserzeugenden Zone 7 epitaktisch gewachsen ist.
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Der erste Halbleiterkörper 1 ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 8 und den Seitenflanken 9 auszusenden. Besonders bevorzugt sendet der erste Halbleiterkörper 1 blaues Licht aus. Der zweite Halbleiterkörper 2 ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs von seiner Strahlungsaustrittsfläche 8 und seinen Seitenflanken 9 auszusenden. Besonders bevorzugt sendet der zweite Halbleiterkörper 2 grünes Licht aus.
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Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst weiterhin einen Leuchtstoff 10, der dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Vorliegend ist der Leuchtstoff 10 insbesondere dazu geeignet, blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs, das von dem ersten Halbleiterkörper 1 ausgesandt wird, teilweise in rotes Licht umzuwandeln. Das optoelektronische Bauelement sendet mischfarbiges Licht aus, das unkonvertiertes blaues Licht des ersten Halbleiterkörpers 1, grünes Licht des zweiten Halbleiterkörpers 2 und konvertiertes rotes Licht des Leuchtstoffs 10 aufweist.
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Weiterhin ist es auch möglich, dass der Leuchtstoff 10 dazu geeignet ist, blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs teilweise in grünes Licht umzuwandeln und der zweite Halbleiterkörper 2 rotes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs aussendet.
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Der Leuchtstoff 10 liegt bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 als Partikel vor. Die Leuchtstoffpartikel 10 sind in ein Harz eingebracht, beispielsweise in ein Silikon. Das Harz mit den Leuchtstoffpartikeln 10 bildet einen wellenlängenkonvertierenden Verguss und ist in der Ausnehmung 4 des Bauelementgehäuses 3 angeordnet. Der wellenlängenkonvertierende Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln 10 umgibt den ersten Halbleiterkörper 1 hierbei unmittelbar und ist in einem Strahlengang 11 des ersten Halbleiterkörpers 1 angeordnet. Der erste Halbleiterkörper 1 ist in den wellenlängenkonvertierenden Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln 10 eingebettet. Insbesondere umgibt der wellenlängenkonvertierende Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln 10 den ersten Halbleiterkörper 1 und bildet eine gemeinsame Grenzfläche mit der Strahlungsaustrittsfläche 8 und den Seitenflanken 9 des ersten Halbleiterkörpers 1 aus.
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Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ein leuchtstofffreies Element 12, das vorliegend als leuchtstofffreier Verguss 12 ausgebildet ist. Der leuchtstofffreie Verguss 12 ist beispielsweise aus einem Silikon oder einem Epoxid gebildet. Der leuchtstofffreie Verguss 12 umgibt den zweiten Halbleiterkörper 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unmittelbar in Form einer Halbkugel oder in Form eines Tropfens. Der zweite Halbleiterkörper 2 ist in den leuchtstofffreien Verguss 12 eingebettet und in einem Strahlengang 13 des zweiten Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Insbesondere bildet der leuchtstofffreie Verguss 12 eine gemeinsame Grenzfläche mit der Strahlungsaustrittsfläche 8 und den Seitenflanken 9 des zweiten Halbleiterkörpers 2 aus.
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Der leuchtstofffreie Verguss 12 ist bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 weiterhin in den wellenlängenkonvertierenden Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln 10 eingebettet. Der leuchtstofffreie Verguss 12 und der wellenlängenkonvertierende Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln 10 bilden eine gemeinsame Grenzfläche aus. Der wellenlängenkonvertierende Verguss ist in dem Strahlengang 13 des zweiten Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Allerdings ist der optische Weg der Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs durch den wellenlängenkonvertierenden Verguss aufgrund des leuchtstofffreien Vergusses 12 verkürzt. Dies erhöht die Effizienz und die Farbbrillanz des von dem Bauelement ausgesandten mischfarbigen Lichtes.
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Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 weist im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 einen ersten Halbleiterkörper 1 und einen zweiten Halbleiterkörper 2 auf, die beide jeweils als Dünnfilmhalbleiterkörper ausgebildet sind. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 7 des ersten Halbleiterkörpers 1 und des zweiten Halbleiterkörpers 2 sind hierbei auf einem Trägerelement 19 befestigt, die die Halbleiterschichtenfolge mechanisch stabilisiert. Zwischen dem Trägerelement 19 und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht angeordnet.
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In direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche 8 des zweiten Halbleiterkörpers 2 ist eine leuchtstofffreie Schicht 12 als leuchtstofffreies Element 12 aufgebracht. Die Seitenflanken 9 des zweiten Halbleiterkörpers 2 sind frei von dem leuchtstofffreien Element 12 und unmittelbar von dem wellenlängenkonvertierenden Verguss mit den Leuchtstoffpartikeln 10 umgeben. Die leuchtstofffreie Schicht 12 weist besonders bevorzugt eine im Wesentlichen homogene Dicke über eine Haupterstreckungsebene auf.
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Weiterhin weist die leuchtstofffreie Schicht 12 lichtstreuende Partikel 14 auf, die den Streuquerschnitt der Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs, die von dem zweiten Halbleiterkörper 2 ausgesandt wird, an einen gewünschten Wert anpasst.
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Bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Leuchtstoff 10 in Form einer sedimentierten wellenlängenkonvertierenden Schicht 15 enthalten. Der zweite Halbleiterkörper 2 ist hierbei wie bei dem Ausführungsbeispiel der 1 von einem leuchtstofffreien Verguss 12 als leuchtstofffreiem Element 12 umgeben. Auf den freiliegenden Bereichen des Bodens der Ausnehmung 4 des Bauelementgehäuses 3, auf den Seitenflanken 9 des ersten Halbleiterkörpers 1, auf der Strahlungsaustrittsfläche 8 des ersten Halbleiterkörpers 1 sowie auf einer Außenseite des leuchtstofffreien Vergusses 12 ist die sedimentierte wellenlängenkonvertierende Leuchtstoffschicht 15 aufgebracht.
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Das restliche Volumen der Ausnehmung 4, das nicht von den Halbleiterkörpern 1, 2, von dem leuchtstofffreien Verguss 12 oder der sedimentierten Schicht 15 eingenommen ist, ist mit einem Verguss gefüllt, der beispielsweise Silikon oder Epoxid umfasst, und nur noch in geringem Maße mit nicht sedimentierten Leuchtstoffpartikeln 10 versehen ist.
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Bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 sind der erste Halbleiterkörper 1 und der zweite Halbleiterkörper 2 im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß der 1 auf einem gemeinsamen Träger 16 aufgebracht. Ansonsten unterscheidet sich das Bauelement gemäß 4 von dem Bauelement gemäß der 1 lediglich dadurch, dass der Leuchtstoff 10 in einer gemoldeten Linse 17 über dem ersten Halbleiterkörper 1 und dem zweiten Halbleiterkörper angeordnet 2 ist.
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Bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 ist das leuchtstofffreie Element 12 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 als leuchtstofffreie Schicht 12 ausgebildet, die auf der Strahlungsaustrittsfläche 8 des zweiten Halbleiterkörpers 2 angeordnet ist. Die weiteren Elemente des optoelektronischen Bauelements gemäß 5 können ausgebildet sein, wie die Elemente der Ausführungsbeispiele gemäß den 4 und 2.
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Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 weist ebenfalls einen gemeinsamen Träger 16 auf, auf den der erste Halbleiterkörper 1 und der zweite Halbleiterkörper 2 angeordnet sind. Auf der Strahlungsaustrittsfläche 8 des zweiten Halbleiterkörpers 2 ist eine leuchtstofffreie Schicht 12 als leuchtstofffreies Element 12 angeordnet. Weiterhin sind der erste Halbleiterkörper 1, der zweite Halbleiterkörper 2 und das leuchtstofffreie Element 12 in eine gemoldete wellenlängenkonvertierende Schicht 18 eingebettet. Die gemoldete wellenlängenkonvertierende Schicht 18 umfasst Partikel des Leuchtstoffs 10 und weist bevorzugt eine möglichst homogene Dicke entlang einer Haupterstreckungsebene auf.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6577073 [0001]
- US 2008/0048193 [0001]
- US 6513949 [0001]
- WO 01/61764 [0013]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63, 16, 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 [0011]
