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Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
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Ein optoelektronisches Bauelement in Form eines optoelektronischen Halbleiterbauelementes weist üblicherweise einen Träger mit mindestens zwei Kontaktflächen auf, wobei auf einer ersten elektrischen Kontaktfläche ein Licht emittierendes Element mit einer ersten Seite, beispielsweise der Unterseite, aufgesetzt und dadurch elektrisch leitend mit der ersten Kontaktfläche verbunden ist. Mit der zweiten elektrischen Kontaktfläche ist das Licht emittierende Element über eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur verbunden, indem die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur mit einem ersten Ende an der zweiten elektrischen Kontaktfläche und mit einem zweiten Ende an der zweiten Seite, beispielsweise der Oberseite, des Licht emittierenden Elements befestigt ist. Auf der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements ist ferner üblicherweise ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet. Durch die Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements kann sich das Wellenlängenkonversionselement jedoch nur über die Fläche der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements erstrecken, an welcher nicht die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur befestigt ist, so dass das Wellenlängenkonversionselement nicht die gesamte Fläche des Licht emittierenden Elements überdecken kann. Um diesen fehlenden Bereich, an welchem die zweite Seite des Licht emittierenden Elements nicht von dem Wellenlängenkonversionselement überdeckt ist, zu kompensieren, ist die Optik des optoelektronischen Bauelementes entsprechend auszulegen, um gute Abstrahleigenschaften des optoelektronischen Bauelementes zu erreichen. Dies erfordert einen hohen Aufwand.
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Verschiedene Ausführungsformen stellen ein optoelektronisches Bauelement zur Verfügung, welches sich durch verbesserte Abstrahleigenschaften auszeichnet.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann ein optoelektronisches Bauelement aufweisen: einem Träger, welcher eine erste elektrische Kontaktfläche und eine zweite elektrische Kontaktfläche aufweist, ein Licht emittierendes Element, welches mit seiner ersten Seite mit der ersten elektrischen Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden ist, eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur, über welche eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Licht emittierenden Elements mit der zweiten elektrischen Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden ist, und ein Wellenlängenkonversionselement, welches eine zweite Seite und eine erste Seite aufweist, wobei das Wellenlängenkonversionselement mit seiner ersten Seite auf der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements aufliegt, wobei das Wellenlängenkonversionselement an seiner ersten Seite im Bereich der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements eine Aussparung aufweist, wobei die Aussparung von der zweiten Seite des Wellenlängenkonversionselementes überragt ist.
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Vorteilhafte Ausführungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Licht emittierendes Element kann einen oder mehrere miteinander verbundene, beispielsweise übereinander und/oder nebeneinander angeordnete, Licht emittierende Chips, beispielsweise Licht emittierende Halbleiterchips, aufweisen. Ein Licht emittierendes Element kann eine oder mehrere anorganische Leuchtdioden (LED) und/oder eine oder mehrere organische Leuchtdioden (OLED) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Licht emittierende Element eine oder mehrere Laserdioden aufweisen.
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Die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur kann einen oder mehrere Bonddrähte aufweisen oder andere elektrisch leitfähige Verbindungsstrukturen, wie beispielsweise einen oder mehrere Drähte aus einem Metall oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Kohlenstoff.
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Ein derartiges optoelektronisches Bauelement zeichnet sich dadurch aus, dass nunmehr auch über dem Bereich der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an der zweiten Seite, beispielsweise der Oberseite, des Licht emittierenden Elements von dem Licht emittierenden Element emittiertes Licht über das Wellenlängenkonversionselement verteilt und damit abgestrahlt werden kann. Eine Veränderung der Abstrahleigenschaften, insbesondere eine Verringerung der Abstrahlfläche, des optoelektronischen Halbleiterelementes durch die Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an dem Licht emittierenden Element kann dadurch vermieden werden, wodurch die Abstrahleigenschaften des optoelektronischen Bauelementes insgesamt verbessert werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass sich trotz einer Aussparung an der ersten Seite, beispielsweise der Unterseite, des Wellenlängenkonversionselementes zur Aufnahme der an dem Licht emittierenden Element befestigten elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur das Wellenlängenkonversionselement auch über den Bereich der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an dem Licht emittierenden Element erstreckt und damit den Bereich der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur abdeckt. Dadurch, dass damit ein Teil des Wellenlängenkonversionselementes in Lichtabstrahlrichtung des Licht emittierenden Elements gesehen auch oberhalb der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur ist, kann das von dem Element abgegebene Licht auch in den Bereich oberhalb der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur eingebracht und von dort aus weiter abgestrahlt werden. Das Wellenlängenkonversionselement weist im Bereich seiner zweiten Seite beispielsweise die gleiche Fläche auf wie das Licht emittierende Element, so dass bei einer beispielsweise rechteckförmigen Fläche bzw. zweiten Seite des Licht emittierenden Elements auch das Wellenlängenkonversionselement eine rechteckförmige Fläche als zweite Seite aufweist, welche in den Abmaßen an die Abmaße der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements angepasst sein kann. Die sichtbare leuchtende Oberfläche des optoelektronischen Bauelements wird dadurch durch die Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements nicht beeinflusst oder eingeschränkt, wobei dies ohne eine aufwändige Auslegung der Optik erreichbar ist.
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Das Licht emittierende Element und das Wellenlängenkonversionselement können mit einer Kunststoff-Formmasse derart umgossen sein, dass das optoelektronische Bauelement eine definiert geformte Leuchtfläche aufweist. Die durch die Kunststoff-Formmasse ausgebildete Leuchtfläche des optoelektronischen Bauelementes kann eine beliebige Form aufweisen, wobei beispielsweise eine rechteckförmige, quadratische oder runde Leuchtfläche ausgebildet werden kann. Die Kunststoff-Formmasse, welche das Licht emittierende Element und das Wellenlängenkonversionselement umgibt, kann ferner die Funktion eines weiteren, zweiten Wellenlängenkonversionselementes aufweisen. Dieses zweite Wellenlängenkonversionselement ist dann in Abstrahlrichtung des Licht emittierenden Elements dem ersten, d. h. dem unmittelbar auf der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements angeordneten Wellenlängenkonversionselement, nachgeordnet. Vom dann ersten Wellenlängenkonversionselement erzeugtes erstes Konversionslicht tritt dann nicht direkt aus dem optoelektronischen Bauelement aus, sondern wird zunächst in die Kunststoff-Formmasse und damit in das zweite Wellenlängenkonversionselement eingestrahlt, wo es in ein zweites Konversionslicht umgewandelt wird. Das zweite Konversionslicht kann eine kürzere Wellenlänge aufweisen als das erste Konversionslicht.
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Die Kunststoff-Formmasse kann beispielsweise ein Titandioxid-gefülltes Silikonmaterial sein. Dies weist eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute Beständigkeit gegen Chemikalien und eine gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen auf. Zudem weist ein derartiges Silikonmaterial, welches mit Titandioxid gefüllt ist, einen hohen Brechungsindex auf, so dass sich das Silikonmaterial und damit die Kunststoff-Formmasse durch eine sehr gute Lichtauskopplung auszeichnen.
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Das auf der zweiten Seite des Licht emittierenden Elements angeordnete Wellenlängenkonversionselement kann auch aus mehreren Materialschichten, beispielsweise aus zwei Materialschichten, welche übereinander angeordnet sind, ausgebildet sein. Dabei kann das Wellenlängenkonversionselement eine erste, die erste Seite des Wellenlängenkonversionselementes ausbildende Materialschicht und eine zweite, die zweite Seite des Wellenlängenkonversionselementes ausbildende Materialschicht aufweisen, wobei die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht voneinander unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. In der ersten Materialschicht kann die Aussparung zur Aufnahme der an dem Licht emittierenden Element befestigten elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur ausgebildet sein und die zweite Materialschicht kann entsprechend der Außenabmessungen des Licht emittierenden Elements ausgebildet sein, so dass die zweite Materialschicht die elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur an ihrer Befestigung an dem Licht emittierenden Element überlappt und damit abdeckt und die zweite Materialschicht die gleiche Außenkontur aufweist wie das Licht emittierende Element. Durch die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der beiden Materialschichten kann eine optimale Lichtauskopplung, beispielsweise zum Erreichen einer homogenen Leuchtfläche, erreicht werden.
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Beispielsweise kann die erste Materialschicht eine höhere Transparenz aufweisen als die zweite Materialschicht.
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Hierdurch kann die Transparenz des Wellenlängenkonversionselementes zum Licht emittierenden Element hin höher sein als zu der zweiten Seite des optoelektronischen Bauelementes, so dass eine homogener leuchtende zweite Seite bzw. Oberfläche, auch Leuchtfläche genannt, des optoelektronischen Bauelementes erreicht werden kann.
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Die erste Materialschicht, die näher zu dem Licht emittierenden Element angeordnet ist, kann auch derart ausgebildet sein, dass sie weniger Licht konvertiert als die zweite Materialschicht, welche in Abstrahlrichtung des Licht emittierenden Elements auf der ersten Materialschicht angeordnet ist, so dass die beiden Materialschichten sich im Konversionswirkungsgrad voneinander unterscheiden.
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Um zu erreichen, dass auch in dem Bereich des Wellenlängenkonversionselementes oberhalb der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an dem Licht emittierenden Element ausreichend Licht verteilt und von dort zur zweiten Seite des optoelektronischen Bauelementes abgestrahlt wird, kann die zweite Materialschicht, die unter anderem oberhalb der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur an dem Licht emittierenden Element ausgebildet ist, einen größeren Lichtstreuungsgrad aufweisen als die erste Materialschicht.
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Die erste Materialschicht des Wellenlängenkonversionselementes, welche in Abstrahlrichtung des Licht emittierenden Elements näher an dem Licht emittierenden Element angeordnet ist, kann beispielsweise Silikon, Glas oder ein Keramikmaterial sein.
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Die beiden Materialschichten des Wellenlängenkonversionselementes können beispielsweise sequenziell, d. h. nacheinander, aufgebracht werden, so dass zunächst die erste Materialschicht des Wellenlängenkonversionselementes auf das Licht emittierende Element aufgebracht und anschließend die zweite Materialschicht des Wellenlängenkonversionselementes auf die erste Materialschicht aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, wird. Beispielsweise können dabei die erste Materialschicht aus Glas, Saphir oder einem transparenten Keramikmaterial und die zweite Materialschicht aus einem transparenten Keramikmaterial ausgebildet sein.
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Es ist aber auch möglich, dass die beiden Materialschichten des Wellenlängenkonversionselementes vor dem Aufbringen auf das Licht emittierende Element miteinander verbunden werden und dann gemeinsam, im bereits verbundenen Zustand, auf das Licht emittierende Element aufgebracht werden. Beispielsweise können die erste Materialschicht aus einem ersten transparenten Keramikmaterial und die zweite Materialschicht aus einem zweiten transparenten Keramikmaterial ausgebildet sein, wobei das erste transparente Keramikmaterial und das zweite transparente Keramikmaterial unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere unterschiedliche optische Eigenschaften, aufweisen können. Die aus dem ersten transparenten Keramikmaterial ausgebildete erste Materialschicht und die aus dem zweiten transparenten Keramikmaterial ausgebildete zweite Materialschicht können im noch ungebrannten Zustand miteinander laminiert werden und anschließend zusammen gebrannt werden, bevor sie auf das Licht emittierende Element aufgebracht werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einer Ausführungsform in einer Seitenansicht;
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2 eine schematische Darstellung eines Detailausschnittes des in 1 gezeigten optoelektronischen Bauelementes in einer perspektivischen Ansicht;
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3 eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten optoelektronischen Bauelementes ohne einen Träger in einer perspektivischen Draufsicht auf die zweite Seite des optoelektronischen Bauelementes;
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4 eine schematische Darstellung eines Wellenlängenkonversionselementes eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer perspektivischen Draufsicht auf die erste Seite des Wellenlängenkonversionselementes; und
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5 eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Bauelementes mit einem wie in 4 gezeigten Wellenlängenkonversionselement in einer Seitenansicht.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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In 1 ist ein optoelektronisches Bauelement 1 gezeigt, welches einen Träger 2 mit einer ersten elektrischen Kontaktfläche 3 und einer zweiten elektrischen Kontaktfläche 4, ein Licht emittierendes Element 5, welches mit seiner ersten Seite 6, die beispielsweise eine Unterseite ausbildet, mit der ersten elektrischen Kontaktfläche 3 verbunden ist, eine elektrisch leitfähige Verbindungsstruktur 7, über welche eine der ersten Seite 6 gegenüberliegende zweite Seite 8, die beispielsweise eine Oberseite ausbildet, des Licht emittierenden Elements 5 mit der zweiten elektrischen Kontaktfläche 4 elektrisch verbunden ist, und ein Wellenlängenkonversionselement 9 aufweist. Das Wellenlängenkonversionselement 9 weist eine zweite Seite 10, die beispielsweise eine Oberseite ausbildet, und eine erste Seite 11, die beispielsweise eine Unterseite ausbildet, auf, wobei das Wellenlängenkonversionselement 9 mit seiner ersten Seite 11 auf der zweiten Seite 8 des Licht emittierenden Elements 5 aufliegt. An seiner ersten Seite 11 weist das Wellenlängenkonversionselement 9 im Bereich der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 7, die beispielsweise ein Bonddraht sein kann, an der zweiten Seite 8 des Licht emittierenden Elements 5 eine Aussparung 12 auf, so dass die Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 7 an dem Licht emittierenden Element 5 nicht durch das Wellenlängenkonversionselement 9 gestört wird. Die Aussparung 12 erstreckt sich dabei nicht über die gesamte Höhe des Wellenlängenkonversionselementes 9, sondern die Aussparung 12 ist nur im Bereich der ersten Seite 11 des Wellenlängenkonversionselementes 9 ausgebildet, so dass die zweite Seite 10 des Wellenlängenkonversionselementes 9 die Aussparung 12 überragt. Die Größe der Fläche der zweiten Seite 10 des Wellenlängenkonversionselementes 9 entspricht dabei der Größe der Fläche der ersten Seite 8 des Licht emittierenden Elements 5, so dass die Aussparung 12 nicht die lichtemittierende Fläche des Wellenlängenkonversionselementes 9 beeinflusst und damit auch nicht die Leuchtfläche des optoelektronischen Bauelementes 1 beeinflusst, insbesondere reduziert.
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Das Wellenlängenkonversionselement 9 und das Licht emittierende Element 5 sind von einer transparenten Kunststoff-Formmasse 13, welche beispielsweise aus einem Titandioxid-gefüllten Silikonmaterial ausgebildet ist, umgossen. Die Kunststoff-Formmasse 13 füllt hier den Träger 2 aus, so dass die Kunststoff-Formmasse 13 bündig mit dem oberen Kantenbereich 17 des Trägers 2 abschließt. Die Kunststoff-Formmasse 13 kann aber auch den Träger 2 an seinem oberen Kantenbereich 17 überragen.
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Die Kunststoff-Formmasse 13 kann die Funktion eines zweiten Wellenlängenkonversionselementes aufweisen. Die Schichtdicken, Konzentrationen und Materialzusammensetzungen des Wellenlängenkonversionselementes 9, welches dann als erstes Wellenlängenkonversionselement 9 zu bezeichnen ist, und der Kunststoff-Formmasse 13 können dann derart gewählt werden, dass die Überlagerung des von dem ersten Wellenlängenkonversionselement 9 abgegebenen ersten Konversionslichtes und des von der Kunststoff-Formmasse 13 abgegebenen zweiten Konversionslichtes weißes Licht ergibt, dass von der zweiten Seite 14 des optoelektronisches Bauelementes 1, die die Leuchtfläche des optoelektronischen Bauelementes 1 ausbildet, abgestrahlt wird.
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2 zeigt eine Ausschnittsdarstellung des in 1 gezeigten optoelektronisches Bauelementes 1 in dem Bereich der Befestigung der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur 7 an dem Licht emittierenden Element 5 und der in der ersten Seite 11 des Wellenlängenkonversionselementes 9 ausgebildeten Aussparung 12.
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In 3 ist eine Draufsicht auf die zweite Seite 14 des in 1 gezeigten optoleketronischen Bauelementes 1 ohne den Träger 2 gezeigt, wobei hier zu erkennen ist, dass das Wellenlängenkonversionselement 9 in der Draufsicht auf die zweite Seite 14 des optoelektronischen Bauelementes 1, welche die Leuchtfläche des optoelektronischen Bauelementes 1 ausbildet, eine rechteckförmige bzw. quadratische Form ausbildet, die gleich zu der Form bzw. Außenkontur des Licht emittierenden Elements 5 ist.
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4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das Wellenlängenkonversionselement 9 aus zwei Materialschichten 15, 16 ausgebildet ist, so dass das Wellenlängenkonversionselement 9 eine erste Seite 11 des Wellenlängenkonversionselementes 9 ausbildende Materialschicht 15 und eine zweite, die zweite Seite 10 des Wellenlängenkonversionselementes 9 ausbildende Materialschicht 16 aufweist. In der ersten Seite 11 des Wellenlängenkonversionselementes 9 ausbildenden Materialschicht 15 ist die Aussparung 12 ausgebildet, wohingegen die zweite, die zweite Seite 10 des Wellenlängenkonversionselementes 9 ausbildende Materialschicht 16 entsprechend des Licht emittierenden Elements 5 rechteckförmig ausgebildet ist und damit der Fläche des Licht emittierenden Elements 5 entspricht. Die beiden Materialschichten 15, 16 können unterschiedliche optische Eigenschaften, beispielsweise in Bezug auf Transparenz, Streuwirkung und Konversionswirkungsgrad, aufweisen. Beispielsweise ist die erste Materialschicht 15 transparenter ausgebildet als die zweite Materialschicht 16 und die erste Materialschicht 15 kann weniger Licht konvertieren, wodurch eine besonders homogen leuchtende zweite Seite 14 des optoelektronischen Bauelementes 1 erreicht werden kann.
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5 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 1, welches im Wesentlichen dem in 1 gezeigten optoelektronischen Bauelement 1 entspricht, jedoch das Wellenlängenkonversionselement 9 dem in 4 gezeigten Wellenlängenkonversionselement 9 entspricht und aus zwei, unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisenden Materialschichten 15, 16 ausgebildet ist.
