DE102013101530A1

DE102013101530A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102013101530A1
Application number: DE201310101530
Authority: DE
Inventors: Jürgen Moosburger; Britta Göötz; Georg Dirscherl; Wolfgang Mönch; Alexander Linkov
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-21

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) einen Leuchtdiodenchip (2) mit einer Strahlungshauptseite (20). Relativ zu dem Leuchtdiodenchip (2) unbeweglich ist der Strahlungshauptseite (20) entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) des Leuchtdiodenchips (2) eine Blende (3) ständig nachgeordnet. Die Blende (3) ist an oder in einem Bauteilgehäuse (4) angebracht. Die Strahlungshauptseite (20) weist eine mittlere Kantenlänge von mindestens 50 μm auf. Es ist die Blende (3) von lichtundurchlässig auf lichtdurchlässig schaltbar und umgekehrt. Die Blende (3) weist genau einen Öffnungsbereich (30) zur Strahlungstransmission auf. Es erstreckt sich die Blende (3) durchgehend und zusammenhängend über die Strahlungshauptseite (20).

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das für einen Betrachter in ausgeschaltetem Zustand nicht erkennbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips. Bevorzugt handelt es sich bei dem zumindest einen Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip. Die im Folgenden für den Leuchtdiodenchip genannten Merkmale gelten allgemein auch für den optoelektronischen Halbleiterchip. Der Leuchtdiodenchip ist zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung eingerichtet, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtdiodenchip eine Strahlungshauptseite auf. An der Strahlungshauptseite wird ein überwiegender Strahlungsanteil der im Betrieb erzeugten Strahlung aus dem Leuchtdiodenchip heraus emittiert. Überwiegend kann mindestens 50 % oder 75 % bedeuten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Blende. Die Blende ist von einem lichtundurchlässigen Zustand in einen lichtdurchlässigen Zustand schaltbar. Das Schalten der Blende ist besonders bevorzugt reversibel möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende, relativ zu dem Leuchtdiodenchip, unbeweglich. Insbesondere weist die Blende keine makroskopischen, beweglichen Komponenten auf. Dies schließt nicht unbedingt aus, dass die Blende mikroskopische Komponenten umfasst, die beispielsweise über Diffusion bewegbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende dem Leuchtdiodenchip und der Strahlungshauptseite nachgeordnet, in Draufsicht gesehen. Das heißt, entlang einer Hauptabstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips folgt die Blende dem Leuchtdiodenchip nach. Die Blende ist dem Leuchtdiodenchip ständig nachgeordnet. Das heißt, im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils befindet sich die Blende jeweils an derselben Position. Die Blende wird im bestimmungsgemäßen Gebrauch dann nicht bewegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil ein Bauteilgehäuse. In oder an dem Bauteilgehäuse ist die Blende angebracht. Bei dem Bauteilgehäuse handelt es sich um ein äußeres Gehäuse des Halbleiterbauteils, das im bestimmungsgemäßen Gebrauch für einen Benutzer von außen sichtbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Strahlungshauptseite eine mittlere Kantenlänge von mindestens 50 µm oder 100 µm oder 150 μm oder 200 μm oder 300 μm oder 500 µm auf. Ist die Strahlungshauptseite etwa kreisförmig geformt, so kann anstelle der mittleren Kantenlänge ein mittlerer Durchmesser treten. Die Strahlungshauptseite ist somit deutlich größer geformt als eine typische Fläche von einzelnen Bildpunkten, englisch Pixeln, in Displays von tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Blende genau einen Öffnungsbereich zur Strahlungstransmission auf. Die Blende ist nicht in mehrere, voneinander durch einen lichtundurchlässigen Bereich getrennte Areale segmentiert. Der Öffnungsbereich stellt einen zusammenhängenden, beispielsweise kreisförmigen oder rechteckigen Bereich dar, in Draufsicht gesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Blende durchgehend und zusammenhängend über die Strahlungshauptseite des Leuchtdiodenchips hinweg. Das heißt, in der Blende sind weder im geöffneten noch im geschlossenen Zustand Ausnehmungen oder Durchbrüche vorhanden. Die Blende kann sich in ungeänderter Materialzusammensetzung über die gesamte Strahlungshauptseite und/oder über den gesamten Öffnungsbereich erstrecken. Die Blende stellt dann sowohl in lichtundurchlässigem als auch in lichtdurchlässigem Zustand eine zusammenhängende, optisch gleich wirkende Fläche dar.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Leuchtdiodenchip mit einer Strahlungshauptseite. Relativ zu dem Leuchtdiodenchip unbeweglich ist der Strahlungshauptseite entlang einer Hauptabstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips eine Blende ständig nachgeordnet. Die Blende ist an oder in einem Bauteilgehäuse angebracht. Die Strahlungshauptseite weist eine mittlere Kantenlänge von mindestens 50 µm oder 200 μm auf. Es ist die Blende von lichtundurchlässig auf lichtdurchlässig schaltbar und umgekehrt. Die Blende weist genau einen Öffnungsbereich zur Strahlungstransmission auf. Es erstreckt sich die Blende durchgehend und zusammenhängend über die Strahlungshauptseite.
Herkömmliche Mobiltelefone und andere tragbare Geräte weisen in der Regel eine Bildaufnahmevorrichtung auf, etwa mit einem CMOS-Chip. Ein hierfür notwendiges Blitzlicht kann mit einer oder mit mehreren Leuchtdioden realisiert sein, insbesondere mit weiß emittierenden Leuchtdioden. Solche weiß emittierenden Leuchtdioden weisen im Normalfall einen blau emittierenden Halbleiterchip auf Basis von AlInGaN auf in Kombination mit einer gelb emittierenden, phosphoreszierenden Konverterschicht mit wenigstens einem Leuchtstoff. Über die Konverterschicht wird ein Teil des blauen Lichts in gelbes Licht konvertiert, sodass insgesamt weißes Licht abgestrahlt wird.
Die gelb erscheinende Konverterschicht ist hierbei von außen sichtbar. Ein Erscheinungsbild, insbesondere von hochwertigen Mobiltelefonen, ist dadurch beeinträchtigt. Durch die Blende bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist die Konverterschicht in ausgeschaltetem Zustand des Leuchtdiodenchips nicht sichtbar. Ferner ist die Konverterschicht außerhalb des Betriebs des Leuchtdiodenchips vor schädlichen Einflüssen, beispielsweise vor ultravioletter Strahlung aus dem Sonnenlicht, schützbar, wodurch sich eine Lebensdauer des Leuchtdiodenchips erhöhen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Blende eine Schaltzeit von lichtundurchlässig auf lichtdurchlässig von höchstens 0,5 s oder 0,25 s auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Schaltzeit bei mindestens 500 μs oder 1 ms oder 5 ms. Für ein Schalten von lichtdurchlässig auf lichtundurchlässig können die gleichen oder auch höhere Schaltzeiten gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtdiodenchip von außerhalb des Bauteilgehäuses nicht sichtbar, wenn die Blende auf lichtundurchlässig geschaltet ist. Insbesondere ist dann das Bauteilgehäuse zumindest bereichsweise strahlungsundurchlässig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt der Öffnungsbereich den Leuchtdiodenchip und die Strahlungshauptseite, in Draufsicht entlang der Hauptabstrahlrichtung gesehen, vollständig. Mit anderen Worten ist dann, in geöffnetem, lichtdurchlässigem Zustand der Blende, der Leuchtdiodenchip in Draufsicht gesehen von einem Betrachter vollständig erkennbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil ein Blitzlicht für ein mobiles Bildaufzeichnungsgerät. Das Halbleiterbauteil findet insbesondere als Blitzlicht in einem Mobiltelefon Verwendung. Blitzlicht kann bedeuten, dass der Leuchtdiodenchip dazu eingerichtet ist, einen Lichtblitz mit einer Dauer von mindestens 15 μs oder 10 ms oder 100 ms und/oder von höchstens 1 s oder 500 ms oder 200 ms zu erzeugen. Bei dem erzeugten Licht während des Lichtblitzes handelt es sich um weißes Licht. Das weiße Licht kann im sichtbaren Spektralbereich eine spektrale Zusammensetzung ähnlich der von Sonnenlicht aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Öffnungsbereich einen mittleren Durchmesser von mindestens 50 µm oder 150 μm oder 250 μm oder 500 μm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Durchmesser bei höchstens 7 mm oder 5 mm oder 3 mm oder 1 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende dem Leuchtdiodenchip optisch unmittelbar nachgeordnet. Dies kann bedeuten, dass sich zwischen der Strahlungshauptseite und einer dem Leuchtdiodenchip zugewandten Seite der Blende keine weitere optisch wirksame, strahlformende Komponente wie eine Linse befindet. Eine in dem Leuchtdiodenchip oder an dem Leuchtdiodenchip fest integrierte Linse, die sich luftspaltfrei insbesondere unmittelbar an dem Leuchtdiodenchip befindet, kann dabei unberücksichtigt bleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen der Blende und dem Leuchtdiodenchip höchstens 5 mm oder 3 mm oder 1,5 mm. Das Halbleiterbauteil kann dann eine geringe Bauhöhe aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende zumindest stellenweise als Linse geformt. Das heißt, die Blende ist zu einer Strahlformung einer von dem Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugten Strahlung eingerichtet. Beispielsweise ist die Blende dann zumindest stellenweise als Sammellinse und/oder als Fresnel-Linse geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtdiodenchip in einem diffus reflektierenden Lichtkasten angebracht. Bevorzugt weist der Lichtkasten einen Reflexionsgrad von mindestens 50 % oder 80 % oder 90 % im sichtbaren Spektralbereich auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtkasten mittelbar oder unmittelbar an dem Bauteilgehäuse und/oder an der Blende befestigt. Es kann der Lichtkasten bis an die Blende, insbesondere bis an den Öffnungsbereich, heranreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der Strahlungshauptseite und einer dem Leuchtdiodenchip zugewandten Seite der Blende zumindest eine Linse. Die mindestens eine Linse ist zu einer Strahlformung der von dem Leuchtdiodenchip erzeugten Strahlung eingerichtet. Es ist möglich, dass die Linse unmittelbar an der dem Leuchtdiodenchip zugewandten Seite der Blende angebracht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Leuchtdiodenchip um einen gehausten Chip. Der Leuchtdiodenchip ist dann in einem Chipgehäuse angebracht. Bevorzugt ist der Leuchtdiodenchip dann mittels des Chipgehäuses elektrisch verschaltet. Das Chipgehäuse kann auch zu einer Strahlformung der von dem Leuchtdiodenchip erzeugten Strahlung eingerichtet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Chipgehäuse unmittelbar an dem Bauteilgehäuse und/oder an der Blende und/oder an dem Öffnungsbereich der Blende befestigt. Beispielsweise ist das Chipgehäuse an das Bauteilgehäuse oder an die Blende angeklebt. Alternativ hierzu ist es möglich, dass das Chipgehäuse von dem Bauteilgehäuse und/oder von der Blende beabstandet angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weicht im Spektralbereich zwischen einschließlich 440 nm und 720 nm oder zwischen einschließlich 470 nm und 720 nm ein Reflexionsvermögen oder ein mittleres Reflexionsvermögen der Blende, wenn diese lichtundurchlässig geschaltet ist, von einem Reflexionsvermögen oder einem mittleren Reflexionsvermögen des Bauteilgehäuses an der Blende um höchstens 30 oder 15 Prozentpunkte ab. Dies gilt von außerhalb des Halbleiterbauteils gesehen. Bevorzugt gilt diese Abweichung für jede Wellenlänge im genannten Spektralbereich. Ebenso gilt dies bevorzugt auch für die Art der Reflexion, also ob spekular oder diffus. Ein äußeres Erscheinungsbild der Blende, von außen betrachtet, weicht dann nicht oder nicht signifikant von einem äußeren Erscheinungsbild des Bauteilgehäuses nahe an der Blende ab. Durch die Blende ist also ein äußeres Erscheinungsbild des Halbleiterbauteils an verbleibende Bestandteile des Geräts, in das das Halbleiterbauteil eingebaut ist, angleichbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Blende eine Flüssigkristallanzeigezelle oder es besteht die Blende aus einer solchen. Bei der Flüssigkristallanzeigezelle kann es sich um eine Schadt-Helfried-Zelle handeln, etwa um eine TN-Zelle, STN-Zelle, DSTN-Zelle oder TSTN-Zelle. Bevorzugt umfasst oder besteht die Blende aus genau einer solchen Zelle. Durch diese Zelle ist der Öffnungsbereich realisiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Blende einen oder mehrere sättigbare Absorber oder besteht aus einem oder mehreren solchen Absorbern. Bei einem sättigbaren Absorber hängt das Transmissionsvermögen von der Intensität des eingestrahlten Lichts ab. Bei höheren Lichtintensitäten sind sättigbare Absorber strahlungsdurchlässig und bei kleinen Lichtintensitäten lichtundurchlässig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist dem sättigbaren Absorber ein Quencher beigegeben. Durch einen solchen Quencher ist etwa eine Abklingzeit des sättigbaren Absorbers, innerhalb derer der Absorber wieder strahlungsundurchlässig wird, einstellbar. Hierdurch ist verhinderbar, dass die Blende bei starker Sonneneinstrahlung oder bei starken anderen äußeren Lichtquellen unerwünscht lichtdurchlässig wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Blende dispergierte Flüssigkristalle. Die Flüssigkristalle sind insbesondere in einem elektrisch isolierenden Polymer, das als Matrix fungiert, eingebettet. Solche dispergierten Flüssigkristalle sind auch als PDLCs, Polymer-Dispersed Liquid Crystals, bekannt. PDLCs sind durch eine Änderung der Lichtintensität und/oder durch eine Änderung einer angelegten Spannung hinsichtlich ihrer Lichtdurchlässigkeit steuerbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Polymer mit photo-leitenden Molekülen und/oder mit photochromen Molekülen dotiert. Bei der Dotierung handelt es sich dann um eine Dotierung mit organischen Molekülen. Durch eine Dotierung sind die Schalteigenschaften der Blende einstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Blende ein photo-elektrochromatisches Material auf oder besteht aus einem solchen Material. Bei solchen Materialien ist die Lichtdurchlässigkeit einstellbar über die eingestrahlte Lichtintensität und/oder über eine angelegte Spannung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Blende ein elektrochromes, ein thermochromes und/oder ein photochromes Material auf oder besteht hieraus. Elektrochrome Materialien oder Systeme werden teilweise auch als gaschrome Systeme bezeichnet, wenn die Steuerung der elektrochromen Reaktion, die insbesondere eine Redoxreaktion ist, die zu einer Farbänderung führt, über ein Gas ausgelöst wird, zum Beispiel durch Kontakt mit Wasserstoff. Photochrome Schalter können auch über einen elektrischen Stromschluss ausgelöst und/oder unterstützt werden. Dann handelt es sich um sogenannte photoelektrochrome Systeme oder Materialien. Bei thermochromen oder thermotropen Systemen führt eine Temperaturänderung zu einer Änderung der Farbe oder des Streuverhaltens des Materials.
Chemisch gibt es solche Schalter oder Materialien sowohl in der Anorganik als auch in der Organik, insbesondere als Polymere. Zum Beispiel ist dieser Effekt bei automatisch abblendbaren Autospiegeln bekannt, bei denen das Redoxsystem WO₃-LiWO₃ verwendet werden kann, wie auch im Kontext dieser Anmeldung. Im Fall der Blende müsste dieses System jedoch umgedreht werden, sodass das System durchsichtig wird, wenn das Blitzlicht hindurch soll. Fällt Licht von außen auf das System, so erfolgt automatisch eine Abdunkelung und der Leuchtdiodenchip ist nicht zu erkennen. Soll fotografiert werden, so wird mit Aktivierung der Kamera auch die Blende transparent geschaltet. Auf molekularer Ebene wird das System im Normalfall wieder oxidiert, insbesondere von LiWO₃ nach WO₃.
Bei den organischen Systemen oder Materialien können insbesondere Azofarbstoffe, die auf Di(phenyl)diazen basieren, verwendet werden, die über eine cis-trans-Isomerie schaltbar sind. Diese lichtinduzierte Isomerisierung findet typisch auf der Pikosekundenzeitskala mit hohen Quantenausbeuten statt. Ebenso können Materialien eingesetzt werden, die auf eine Änderung des pH-Wertes mit einer Farbänderung reagieren. Eine solche pH-Änderung kann wiederum optisch und/oder über eine Temperaturänderung erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Blende aus einem Feststoff gebildet, der im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils seine Form nicht oder nicht signifikant ändert. Insbesondere sind das oder die verwendeten Polymere feststoffartig, sodass deren Viskosität im regulären Betrieb bevorzugt mindestens 100 Pa·s beträgt.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 5 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
6 schematische Darstellungen von Spektren der von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst einen Leuchtdiodenchip 2 zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung. Entlang einer Hauptabstrahlrichtung M des Leuchtdiodenchips 2 folgt einer Strahlungshauptseite 20 eine Blende 3 nach. Die Blende 3 ist in einem Bauteilgehäuse 4 angebracht. Bei dem Leuchtdiodenchip 2 kann es sich auch um einen gehausten Chip handeln, der in einem Chipgehäuse untergebracht ist.
Die Blende 3 weist eine Flüssigkristallanzeigezelle, beispielsweise eine Schadt-Helfried-Zelle, auf. Ferner beinhaltet die Blende 3 eine Ansteuereinheit 35, jeweils nur stark vereinfacht dargestellt. Einzelne Komponenten der Flüssigkristallanzeigezelle 31 wie Polarisatoren, Flüssigkristallschichten oder Elektroden sind nicht eigens dargestellt. In einem Öffnungsbereich 30 ist die Blende 3 reversibel von lichtundurchlässig auf lichtdurchlässig schaltbar. Es weist die Blende 3 genau einen Öffnungsbereich 30 und somit genau eine Flüssigkristallanzeigezelle 31 auf.
Der Leuchtdiodenchip 2 ist in einem Lichtkasten 25 mit diffus reflektierenden Innenseiten, die dem Leuchtdiodenchip 2 zugewandt sind, angebracht. Wird eine Strahlung R an der Flüssigkristallanzeigezelle 31 reflektiert, so kann sich bei Reflexion an dem Lichtkasten 5 eine Polarisationsrichtung dieser Strahlung R ändern und diese Strahlung R kann nachfolgend aus dem Lichtkasten 5 heraustreten.
Die Flüssigkristallanzeigezelle 31 wird entweder im sogenannten Direct Mode oder Reverse Mode betrieben. Im Direct Mode ist die Flüssigkristallanzeigezelle bei angelegter elektrischer Spannung lichtdurchlässig. Entsprechend Umgekehrtes gilt im Reverse Mode.
Der Leuchtdiodenchip 2 basiert bevorzugt auf AlInGaN und an der Strahlungshauptseite 20 ist eine gelb erscheinende Konverterschicht angebracht. Bei dem Halbleiterbauteil 1 handelt es sich beispielsweise um ein Blitzlicht für ein Mobiltelefon. In ausgeschaltetem Zustand des Leuchtdiodenchips 2 ist die Flüssigkristallanzeigezelle 31 lichtundurchlässig, sodass der Leuchtdiodenchip 2 von außen nicht sichtbar ist. Eine Außenseite 33 der Blende 3 gleicht dann von einem optischen Erscheinungsbild her bevorzugt einer Außenseite 44 des Bauteilgehäuses 4.
In eingeschaltetem Zustand des Halbleiterchips 2 ist die Blende 3 auf lichtdurchlässig geschaltet. Mit Hilfe des diffus reflektierenden Lichtkastens 5 kann ein so genanntes Photonen-Recycling realisiert werden. Schaltzeiten der Blende 3 liegen bevorzugt bei wenigen Zehntelsekunden. Ein mittlerer Durchmesser D des Öffnungsbereichs 30 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,5 mm und 3 mm.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 weist das Halbleiterbauteil 1 mehrere der Leuchtdiodenchips 2 auf. Die Leuchtdiodenchips 2 sind beispielsweise ungehaust in dem Lichtkasten 5 untergebracht. Es ist möglich, dass die Leuchtdiodenchips 2 in unterschiedlichen Spektralbereichen emittieren. Beispielsweise sind zwei der Leuchtdiodenchips 2 zur Erzeugung von weißem Licht eingerichtet und einer der Leuchtdiodenchips 2 zur Erzeugung von rotem Licht zur Verbesserung des Farbwiedergabeindexes. Die Leuchtdiodenchips 2 können elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sein.
Auch in allen anderen Ausführungsbeispielen können mehrere der Leuchtdiodenchips 2 vorhanden sein.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 illustriert. Gemäß 3 ist das Chipgehäuse 25, in dem sich der Leuchtdiodenchip 2 befindet, unmittelbar an dem Bauteilgehäuse 4 angebracht, beispielsweise angeklebt.
Gemäß 3 weist die Blende 3 in dem Öffnungsbereich 30 die Form einer Sammellinse auf, wie dies auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich ist. Ebenso ist es jeweils möglich, dass die Außenseiten 33, 44 nicht planar geformt sind, sondern eine Krümmung aufweisen.
In dem Öffnungsbereich 30 weist das Halbleiterbauteil 1 ein photo-chromatisches Material oder ein photo-elektrochromatisches Material auf, das somit die äußere Form einer Linse aufweisen kann. Zusätzliche Komponenten der Blende 3 wie Elektroden sind nicht dargestellt. Das Material 36 umfasst beispielsweise lichtschaltbare Polymere, englisch photo responsive polymeric materials. Dies sind funktionale Polymere, die Licht absorbieren können und aufgrund der Strahlungsabsorption intramolekulare oder intermolekulare physikalische oder chemische Transformationen eingehen. Durch solche Änderungen der Molekülstruktur lassen sich makroskopische Eigenschaften wie insbesondere die Strahlungsdurchlässigkeit einstellen.
Durch die Inbetriebnahme des Leuchtdiodenchips 2 und der damit verbundenen Einstrahlung auf das Material 36 ist dieses auf lichtdurchlässig schaltbar. Wird der Leuchtdiodenchip 2 ausgeschaltet, geht das Material 36 wieder in einen Ausgangszustand zurück und wird lichtundurchlässig.
Bei dem Material 36 handelt es sich beispielsweise um Methylenblau, englisch methylene blue oder kurz MB. Durch Absorption von sichtbarem Licht ändert sich die Farbe des Materials 36 von blau nach transparent. Hinsichtlich solcher photo-chromatischer Materialien wird auch auf die Druckschriften Macchione et al., Laser-Writable, Electrically Erasible Photo-Electrochromic Organic Film in Adv. Mater., 2003, Vol. 15, Seiten 327–329, sowie Macchione et al., Improvement of Response Times in Photo-Electrochromic Organic Film in Chem. Mater., 2004, Vol. 16, Seiten 1400–1401, hingewiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird durch Rückbezug aufgenommen.
Eine photo-elektrochromatische Blende mit einem leitenden Polymer, das mit Farbstoff-funktionalisierten Titan-Dioxid-Partikeln beschichtet ist, kann einen Übergang von einem farbigen zu einem transparenten Erscheinungsbild mit Schaltzeiten im Zehntelsekundenbereich aufweisen. Aufbauten für solche Blenden sind auch den Druckschriften De Filpo et al., Flexible Nanophoto-Electrochromic Film in Chem. Mater., 2005, Vol. 18, Seiten 4662–4666, sowie Argun et al., The First Truly All-Polymer Electrochromic Devices in Adv. Mater., 2003, Vol. 15, Seiten 1338–1341, sowie De Filpo et al., Fast-Self-Supplied, All-Solid Photo-Electrochromic Film in J. Power Sources 2010, Vol. 195, Seiten 4365–4369 angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird durch Rückbezug ebenso mit aufgenommen.
Ein Beispiel für ein anorganisches Material für die Blende 3 ist Wolframtrioxid, WO₃. Eine Farbänderung beruht auf der Reduzierung von W6+ zu W5+ gemäß der Redoxgleichung 3 WO₃ + 3 LiI ⇔ 3 LiWO₃ + I₃. Weitere, ähnlich funktionierende Beispiele sind Cu₂O oder die Hydride der seltenen Erden oder auch Gemische mit einem Übergangsmetall wie Ni, Mn, Co, Fe mit Magnesium.
Das Redoxsystem wird bevorzugt derart aufgebaut, sodass es durch Außenlicht reduziert wird, wodurch die Blende strahlungsundurchlässig wird. Zusätzlich wird eine Schaltung implementiert, die bei Benutzung des Blitzlichts das Redoxgleichgewicht umkehrt, sodass die Blende strahlungsdurchlässig wird. Ein Stromfluss muss dabei groß genug sein, damit das Blitzlìcht die Blende 3 nicht vorzeitig wieder dunkel färbt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Blende 3 optional vollständig von einem Material des Bauteilgehäuses 4 überdeckt, sodass eine äußere Fläche vollständig durch ein Material des Bauteilgehäuses 4 gebildet sein kann. Dies ist möglich, falls das Bauteilgehäuse 4 zumindest stellenweise aus einem strahlungsdurchlässigen Material geformt ist. Mit anderen Worten kann die Blende 3 vollständig innerhalb des Bauteilgehäuses 4 integriert sein. Ein solcher Aufbau ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Die Blende 3 umfasst Flüssigkristalle 37, die in einem elektrisch isolierenden Polymer 34 eingebettet sind. Solche dispergierten Flüssigkristalle werden auch als PDLCs bezeichnet. Solche PDLCs werden beispielsweise dadurch gebildet, dass mikrometergroße flüssigkristalline Tropfen in die Polymermatrix 34 eingebettet werden oder dass die Flüssigkristalle 37 Hohlräume in dem Polymer 34 ausfüllen.
In lichtundurchlässigem Zustand ist eine Ausrichtung der Flüssigkristalle 37 zufällig. Durch einen externen Impuls, beispielsweise durch Licht und/oder durch eine angelegte Spannung, können die Flüssigkristalle 37 parallel ausgerichtet werden, wodurch die Blende 3 lichtdurchlässig wird.
Durch das Polymer 34 kann eine festkörperartige Form erzielt werden. Ferner können dem Polymer 34 zur Einstellung der optischen Eigenschaften Beimengungen beigegeben sein. Die im Polymer 34 eingebetteten Flüssigkristalle 37 können im Direct Mode oder im Reverse Mode betrieben werden. Eine Dotierung mit kleinen Mengen von photochromen oder photo-leitenden Molekülen ist möglich. Beispielsweise können Photosol-Farbstoffe, Zink, Phtalocyanin oder Dilithium-Phtalocyanin als Dotierstoffe eingesetzt werden.
PDLCs sind angegeben beispielsweise in den Druckschriften Cupelli et al., Photo-Switching in Polymer Dispersed Liquid Crystals in J. Appl. Phys., 2006, Vol. 100, Seite 024508, sowie in Cupelli et al., Self-Adjusting Smart Windows Based on Polymer-Dispersed Liquid Crystals in Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2009, Vol. 93, Seiten 2008–2012 oder in US 6,383,577 B1 . Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist zwischen der Blende 3 und dem Leuchtdiodenchip 2 eine Linse 6, beispielsweise in Form einer Fresnel-Linse, angeordnet. Eine solche Linse kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Abweichend von der Darstellung kann die Linse 6 auch unmittelbar an einer dem Leuchtdiodenchip 2 zugewandten Seite der Blende 3 angebracht sein.
Gemäß 5 ist der Öffnungsbereich 30 durch einen sättigbaren Absorber 32 gebildet. Bei dem sättigbaren Absorber kann es sich um einen Halbleiter-Absorber handeln oder auch um einen Absorber aus einem organischen Material. Ein solcher sättigbarer Absorber 32 ist in einem elektronischen Grundzustand intransparent und in einem elektronisch angeregten Zustand transparent. Der angeregte Zustand wird durch optische Anregung erreicht. Somit ist ein solcher sättigbarer Absorber optisch von transparent auf intransparent schaltbar. Nach Abschalten des Leuchtdiodenchips 2 als Lichtquelle wird der Absorber 32 wieder intransparent. Der Absorber 32 kann einen Quencher umfassen.
Es ist möglich, dass der Absorber 32 nur in einem bestimmten Spektralbereich absorbiert oder auch eine im sichtbaren Spektralbereich gleichmäßige Absorption aufzeigt. Absorbiert der Absorber 32 Strahlung beispielsweise nur im blauen Spektralbereich oder im nahen ultravioletten Spektralbereich, so ist es möglich, dass das ursprüngliche Emissionsspektrum des Leuchtdiodenchips 2, siehe 6A, im Wesentlichen unverändert bleibt und lediglich an einer blauen Flanke Veränderungen erfährt, siehe 6B. Aufgetragen in den 6A und 6B ist je eine Wellenlänge λ gegenüber einer Intensität I.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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

US 6383577 B1 [0064]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Macchione et al., Laser-Writable, Electrically Erasible Photo-Electrochromic Organic Film in Adv. Mater., 2003, Vol. 15, Seiten 327–329 [0056]
Macchione et al., Improvement of Response Times in Photo-Electrochromic Organic Film in Chem. Mater., 2004, Vol. 16, Seiten 1400–1401 [0056]
De Filpo et al., Flexible Nanophoto-Electrochromic Film in Chem. Mater., 2005, Vol. 18, Seiten 4662–4666 [0057]
Argun et al., The First Truly All-Polymer Electrochromic Devices in Adv. Mater., 2003, Vol. 15, Seiten 1338–1341 [0057]
De Filpo et al., Fast-Self-Supplied, All-Solid Photo-Electrochromic Film in J. Power Sources 2010, Vol. 195, Seiten 4365–4369 [0057]

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit – einem Leuchtdiodenchip (2) mit einer Strahlungshauptseite (20), – einer relativ zum Leuchtdiodenchip (2) unbeweglichen Blende (3), die der Strahlungshauptseite (20) entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) des Leuchtdiodenchips (2) ständig nachgeordnet ist, und – einem Bauteilgehäuse (4), an oder in dem die Blende (3) angebracht ist, wobei – die Strahlungshauptseite (20) eine mittlere Kantenlänge von mindestens 50 µm aufweist, – die Blende (3) von lichtundurchlässig auf lichtdurchlässig, und umgekehrt, schaltbar ist, – die Blende (3) genau einen Öffnungsbereich (30) zur Strahlungstransmission aufweist, und – sich die Blende (3) durchgehend und zusammenhängend über die Strahlungshauptseite (20) erstreckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem – die Blende (3) mit einer Schaltzeit von höchstens 0,5 s von lichtundurchlässig auf lichtdurchlässig schaltbar ist, – die Blende (3) frei ist von beweglichen mechanischen Bauteilen, – der Leuchtdiodenchip (2) von außerhalb des Bauteilgehäuses (4) nicht sichtbar ist, wenn die Blende (3) auf lichtundurchlässig geschaltet ist, – der Öffnungsbereich (30) den Leuchtdiodenchip (3), entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) des Leuchtdiodenchips (3) gesehen, vollständig überdeckt, – der Öffnungsbereich (30) einen mittleren Durchmesser (D) zwischen einschließlich 50 µm und 7 mm aufweist, und – das Halbleiterbauteil (1) ein Blitzlicht für ein mobiles Bildaufzeichnungsgerät ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blende (3) dem Leuchtdiodenchip (2) optisch unmittelbar nachgeordnet ist, wobei ein Abstand zwischen der Blende (3) und dem Leuchtdiodenchip (2) höchstens 3 mm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blende (3) als Linse geformt ist und zu einer Strahlformung einer von dem Leuchtdiodenchip (2) im Betrieb erzeugten Strahlung (R) eingerichtet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leuchtdiodenchip (2) in einem diffus reflektierenden Lichtkasten (5) angebracht ist, wobei der Lichtkasten (5) unmittelbar an dem Bauteilgehäuse (4) und/oder an der Blende (3) befestigt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Strahlungshauptseite (20) und der Blende (3) mindestens eine Linse (6) zu einer Strahlformung der von dem Leuchtdiodenchip (2) erzeugten Strahlung (R) angebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leuchtdiodenchip (2) in einem Chipgehäuse (25) angebracht und mittels des Chipgehäuses (25) elektrisch verschaltet ist, wobei das Chipgehäuse (25) unmittelbar an dem Bauteilgehäuse (4) und/oder an der Blende (3) befestigt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Spektralbereich zwischen einschließlich 470 nm und 720 nm ein Reflexionsvermögen der Blende (3), wenn diese lichtundurchlässig geschaltet ist, von einem Reflexionsvermögen des Bauteilgehäuses (4) an der Blende (3) um höchstens 30 Prozentpunkte abweicht, gesehen von außerhalb des Halbleiterbauteils (1).
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blende (3) eine Flüssigkristallanzeigezelle (31) umfasst oder aus genau einer solchen besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blende (3) einen sättigbaren Absorber (32) umfasst oder aus einem solchen besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem dem sättigbaren Absorber (32) ein Quencher beigegeben ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blende (3) in einem elektrisch isolierenden Polymer (34) dispergierte Flüssigkristalle (37) umfasst oder hieraus besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Polymer (34) mit photo-leitenden Molekülen und/oder mit photo-chromen Molekülen dotiert ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Blende (3) ein photo-elektrochromatisches Material (36) umfasst oder hieraus besteht.