DE102013226630A1

DE102013226630A1 - Konversionselement, Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements

Info

Publication number: DE102013226630A1
Application number: DE102013226630.8A
Authority: DE
Inventors: Angela Eberhardt; Christina Wille
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Also published as: JP2017504061A; US20160304776A1; US9688910B2; JP6347393B2; DE112014005897A5; WO2015091393A1; DE112014005897B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Konversionselement (2) umfassend einen Leuchtstoff (2b), der zur Konversion von elektromagnetischer Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung eingerichtet ist, eine Glaszusammensetzung (2a) als Matrixmaterial, in die der Leuchtstoff (2b) eingebettet ist, wobei die Glaszusammensetzung (2a) zumindest ein Telluroxid, R1O mit R1 ausgewählt aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst, M1 2O mit M1 ausgewählt aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst, R2 2O3 mit R2 ausgewählt aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst, M2O2 mit M2 ausgewählt aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und R3 2O5 mit R3 Nb und/oder Ta umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Bauelement (10) und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10).

Description

Es wird ein Konversionselement angegeben. Darüber hinaus werden ein Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.
Ein herkömmliches Konversionselement weist üblicherweise als Matrixmaterial Silikon auf, in dem der Leuchtstoff eingebettet vorliegt. Allerdings besitzt Silikon eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, was dazu führt, dass der Leuchtstoff im Betrieb stärker erwärmt und dadurch ineffizienter wird. Zudem liegt der Brechungsindex von Silikon bei ca. 1,4 und ist deutlich unterschiedlich zu dem von z.B. Granat-Leuchtstoffen, deren Brechungsindex bei ca. 1,8 liegt. Dieser Unterschied führt zu einer stärkeren Streuung, insbesondere wenn sehr kleine Leuchtstoffpartikel eingebettet werden. Deshalb wird dieser Feinanteil bisher durch Fraktionierung aus dem Pulver vorher entfernt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement anzugeben, das verbesserte Eigenschaften aufweist. Insbesondere soll das Konversionselement eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Insbesondere soll das Konversionselement einen Brechungsindex aufweisen, der an den Brechungsindex eines in dem Konversionselement eingebetteten Leuchtstoffs angepasst ist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Bauelement anzugeben, das besonders stabil ist und insbesondere bei Temperaturen unter 400 °C hergestellt werden kann.
Insbesondere soll bei der Herstellung des Bauelements ein in dem Konversionselement eingebetteter temperaturempfindlicher Leuchtstoff nicht geschädigt werden.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, in einem Matrixmaterial eines Konversionselements möglichst alle bekannten verschiedenartigen Leuchtstofftypen einzubetten, um so jede gewünschte Lichtfarbe einstellen zu können. Das ist ein Vorteil gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten Konversionskeramik, welche nur in bestimmten Lichtfarben herstellbar ist. Durch eine Kombination von Konversionskeramik oder eines Konversionselements und in einer Glaszusammensetzung bzw. eines Glases als Matrixmaterials eingebetteten Leuchtstoff kann vorteilhafterweise auch das Farbspektrum der Konversionskeramik oder des Konversionselements erweitert werden. Dies erfordert ein Matrixmaterial in dem Konversionselement, das während dem Einbetten mit keinem der Leuchtstoffe chemische Reaktionen eingeht, welche eine Degradation des Leuchtstoffs mit sich bringen könnte. Diese Eigenschaft hängt stark von der Zusammensetzung des Matrixmaterials ab, weshalb nur ausgesuchte Matrixmaterialien dafür geeignet sind.
Diese Aufgaben werden durch ein Konversionselement gemäß Anspruch 1, durch ein Bauelement gemäß Anspruch 10, sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Konversionselements, des Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement einen Leuchtstoff, der zur Konversion von elektromagnetischer Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung eingerichtet ist, und eine Glaszusammensetzung als Matrixmaterial, in die der Leuchtstoff eingebettet ist, wobei die Glaszusammensetzung folgende chemische Zusammensetzung aufweist:

– zumindest ein Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%,
– R¹O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest ein M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest ein R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol-%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst,
– M²O₂ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und
– R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, wobei R³ Nb und/oder Ta ist.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich das oben beschriebene Glas bzw. die Glaszusammensetzung sehr gut als Matrixmaterial für zumindest einen Leuchtstoff eignet, da beim Einbetten keine chemischen Reaktionen stattfinden, die zu einer Degradation des Leuchtstoffs führen. Dies ist insbesondere bei temperatursensiblen nichtoxidischen Leuchtstoffen eine Herausforderung.
Die Erfinder haben erkannt, dass das hier beschriebene Konversionselement, insbesondere das Matrixmaterial sehr niedrig sinternd ist und daher sehr gut für temperatursensible Leuchtstoffe geeignet ist. Ferner weist das Matrixmaterial eine niedrige Erweichungstemperatur auf. Das Matrixmaterial ist hochtransparent und/oder hochbrechend. Das Matrixmaterial weist zudem eine geringe Kristallisationsneigung auf. Zusätzlich ist es korrosionsstabil, insbesondere in warmer feuchter Atmosphäre. Daher ist das Matrixmaterial in dem Konversionselement sehr gut für optische Anwendungen geeignet. Eine geringere Streuung aufgrund des geringen Brechungszahlunterschiedes von Matrixmaterial und Leuchtstoff resultiert. Ferner kann bei Verwendung des Konversionselements in einem Bauelement die Effizienz gesteigert werden, da die Wärme besser vom Leuchtstoff über das Matrixmaterial abgeführt werden kann und der Leuchtstoff weniger geschädigt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Summe aller Anteile an Telluroxid, M¹ ₂O, R² ₂O₃ und gegebenenfalls M²O₂, R¹O und R³ ₂O₅ in dem Matrixmaterial 100 % oder 100 mol-%, wenn keine weiteren Elemente oder Komponenten enthalten sind, oder weniger als 100 % oder 100 mol-%, wenn neben den oben genannten Komponenten wie Telluroxid, M¹ ₂O, R² ₂O₃ und gegebenenfalls M²O₂, R¹O und R³ ₂O₅ weitere Komponenten enthalten sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht das Matrixmaterial aus Telluroxid mit einem Anteil von mindestens einschließlich 65 mol-% und höchstens einschließlich 90 mol-%, R¹O mit einem Anteil zwischen einschließlich 0,1 mol-% und einschließlich 15 mol-% und R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen einschließlich 1 mol-% und einschließlich 3 mol-%. "Besteht aus" kann hier bedeuten, dass keine weiteren Komponenten in der Zusammensetzung enthalten sind. Alternativ kann "besteht aus" bedeuten, dass weitere Komponenten nur im geringen Anteil aus dem ppm-Bereich (parts per million) in der Glaszusammensetzung enthalten sind und im Wesentlichen unvermeidbare Verunreinigungen der Glasausgangsmaterialien darstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht das Matrixmaterial, insbesondere die Glaszusammensetzung aus TeO₂, ZnO, Na₂O und R² ₂O₃ mit R² ausgewählt aus der Gruppe Aluminium, Lanthan, Bismut und Yttrium und Seltenen Erden. Die Summe aller Anteile in der Glaszusammensetzung ist 100 % oder 100 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial, insbesondere die Glaszusammensetzung erhältlich aus:

– zumindest einem Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%,
– R¹O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest einem M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest einem R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst,
– M²O₂ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und
– R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, wobei R³ Nb und/oder Ta ist.

Dies bedeutet, dass durch Einwiegen der oben genannten Komponenten mit den entsprechenden Anteilen und ggf. weiteren Prozessschritten eine Glaszusammensetzung als Matrixmaterial erzeugt werden kann. Insbesondere entspricht der Anteil der Einwaage der Komponenten dem Anteil der Komponenten in der Glaszusammensetzung mit einer maximalen Abweichung von 5%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht das Matrixmaterial, insbesondere die Glaszusammensetzung aus:

– zumindest einem Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%,
– R¹O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest einem M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst,
– zumindest einem R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst,
– M²O₂ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und
– R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, wobei R³ Nb und/oder Ta ist.

Die oben genannten Anteile geben die oxidische Zusammensetzung des Matrixmaterials an. Es müssen jedoch nicht zwangsläufig Oxide als Ausgangsstoffe zugegeben werden, sondern die Glaskomponenten können auch Hydroxide, Carbonate, Nitrate usw. sofern existent, eingesetzt werden und daher im Gemenge vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in dem Matrixmaterial zumindest ein Leuchtstoff oder Kombinationen mehrerer Leuchtstoff eingebettet.
In verschiedenen Ausführungsformen kann Telluroxid die chemischen Zusammensetzungen Tellur(IV)-Oxid (TeO₂), Tellur(IV, VI)-Oxid (Te₂O₅) und/oder Tellur(VI)-Oxid (TeO₃) aufweisen. Insbesondere ist das Telluroxid 4- oder 6-wertig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil an Telluroxid mindestens 67 mol-%, 68 mol-%, 70 mol-%, 72 mol-% oder 75 mol-%, 77 mol-% und/oder höchstens 80 mol-%, 82 mol-, 85 mol-% oder 87 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist als Telluroxid TeO₂ eingesetzt. TeO₂ weist einen Anteil von mindestens einschließlich 67 mol-% und höchstens einschließlich 69 mol-% auf. Insbesondere ist der Anteil an Telluroxid 68,5 mol-%. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Glaszusammensetzung als Matrixmaterial aufweisend einen derartigen Anteil an Telluroxid besonders vorteilhafte Eigenschaften, wie Kristallisationsstabilität, Sinterfähigkeit bei Temperaturen von kleiner 400 °C und niedrige Erweichungs- und Glasübergangstemperaturen, eine hohe Transmission sowie einen hohen Brechungsindex aufweist. Das Matrixmaterial ist daher zum Einsatz in optoelektronischen Bauelementen besonders gut geeignet. Jedoch ist der Anteil von mindestens einschließlich 67 mol-% und höchstens einschließlich 69 mol-% für Telluroxid nicht zwingend auszuwählen. Es kann auch ein Anteil an Telluroxid im Bereich von 65 mol-% bis 90 mol-% eingesetzt werden.
Die Glaszusammensetzung kann alternativ oder zusätzlich zumindest ein Erdalkalioxid und/oder Zinkoxid und/oder Manganoxid als R¹O aufweisen. Insbesondere ist der Anteil an R¹O mindestens 10 mol-%, 12 mol-% oder 14 mol-% und/oder höchstens 16 mol-%, 18 mol-% oder 18,5 mol-%.
Kombinationen vom Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium, Mangan und Zink in Bezug auf R¹O meint hier und im Folgenden, dass zumindest zwei Komponenten, beispielsweise Magnesium und Kalzium oder Zink und Barium, oder auch drei Komponenten in der Glaszusammensetzung als Oxid nebeneinander vorliegen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist R¹O Zinkoxid und/oder Bariumoxid.
Die Glaszusammensetzung als Matrixmaterial weist Alkalioxid (M¹ ₂O) auf. Insbesondere ist der Anteil mindestens 4 mol-%, 6 mol-%, 8 mol-%, 10 mol-% oder 12 mol-% und/oder höchstens 14 mol-%, 16 mol-%, 18 mol-%, 20 mol-%, 22 mol-% oder 24 mol-%. Beispielsweise ist der Anteil an M¹ ₂O 10 mol-% bis 12 mol-% (Grenzen einschließend).
Es können Lithiumoxid (Li₂O), Natriumoxid (Na₂O) oder Kaliumoxid (K₂O) sowie Kombinationen aus den drei genannten Oxiden zur Herstellung der Glaszusammensetzung oder in der Glaszusammensetzung verwendet werden.
Die Alkalioxide haben vor allem die Aufgabe, die Viskosität des Matrixmaterials herabzusetzen, was wiederum vorteilhaft ist, um temperatursensible Materialien bei niedrigen Temperaturen in das Matrixmaterial einzubetten. Insbesondere wird Lithiumoxid und/oder Natriumoxid (Li₂O und Na₂O) verwendet, da diese die Erweichungstemperatur am weitesten absenken, aber die chemische Beständigkeit in geringerem Maße erniedrigen als beispielsweise Kaliumoxid (K₂O).
Die Glaszusammensetzung weist weiterhin Oxide von dreiwertigen Metallen, wie Aluminium, Gallium, Indium, Bismut, Scandium, Yttrium, Lanthan, Seltene Erden und Kombinationen davon (R² ₂O₃) auf. Insbesondere werden Oxide von Aluminium, Lanthan, Bismut, Yttrium und/oder Seltene Erden bevorzugt.
Seltene Erden bezeichnet hier die chemischen Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems (mit Ausnahme des Actiniums) und die Lanthanoide.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil an R² ₂O₃ mindestens 1,2 mol-%, 1,4 mol-%, 1,5 mol-% oder 1,75 mol-% und/oder höchstens 1,9 mol-%, 2 mol-%, 2,4 mol-% oder 2,6 mol-%, beispielsweise 1,7 mol-%. Insbesondere sollte der Anteil an R² ₂O₃ nicht größer als 3 mol-% in der Glaszusammensetzung sein, da sich dies nachteilig auf die Eigenschaften der Glaszusammensetzung auswirkt. Ein Anteil an R² ₂O₃ von größer als 3 mol-% kann die Transformations-, Sinter- und/oder Erweichungstemperatur erhöhen.
Die Komponente für die Glaszusammensetzung kann aus den Oxiden dreiwertiger Metalle oder aber aus Hydoxiden, Carbonaten, Nitraten etc. sofern existent von dreiwertigen Metallen ausgewählt werden. Bevorzugt werden jedoch nicht färbende oder gezielt färbende ("Filter") Verbindungen, wie Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Bismutoxid, Yttriumoxid und/oder Oxide von Seltenen Erden gewählt.
Das Vorhandensein von R² ₂O₃ in dem Matrixmaterial, insbesondere in der Glaszusammensetzung wirkt sich überraschender Weise erheblich auf die Kristallisationsneigung aus. So kann durch Zusatz von R² ₂O₃ die Kristallisation der Glaszusammensetzung während der Anwendung, beispielsweise in optoelektronischen Bauelementen, verhindert werden. Damit kann Matrixmaterial für ein Konversionselement bereitgestellt werden, welche in einem breiten Spektralbereich von 380 nm bis 800 nm keine Lichtstreuung aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Glaszusammensetzung zumindest ein Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Hafniumdioxid oder Kombinationen aus diesen Oxiden als M²O₂ aufweisen. Insbesondere ist der Anteil an M²O₂ zwischen 1 und 1,5 mol-%, beispielsweise 1,3 mol-%.
Alternativ oder zusätzlich kann die Glaszusammensetzung Nioboxid und/oder Tantaloxid (R³ ₂O₅) aufweisen. Nioboxid kann in Form von Niob(II)-oxid (NbO), Niob(IV)-oxid (NbO₂) und/oder Niob(V)-oxid (Nb₂O₅) verwendet werden. Tantaloxid kann in Form von Tantal(II)-oxid (TaO), Tantal(IV)-oxid (TaO₂) und/oder Tantal(V)-oxid (Ta₂O₅) verwendet werden. Nioboxid oder Tantaloxid können die chemische Beständigkeit der Glaszusammensetzung aber auch in geringem Umfang die Viskosität erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil an Nioboxid und/oder Tantaloxid mindestens 1 mol-%, 2 mol-% oder 3 mol-% und/oder höchstens 4 mol-% oder 5 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die Glaszusammensetzung aus Telluroxid, M¹ ₂O, R¹O und R² ₂O₃, wobei R² ₂O₃ einen Anteil zwischen 1,5 mol-% und 2 mol-% aufweist.
Die Erfinder haben erkannt, dass die Komponenten des Matrixmaterials, insbesondere der Glaszusammensetzung die Neigung zur Kristallisation herabsetzen, ohne gleichzeitig die Glastransformations- und Erweichungstemperatur wesentlich zu erhöhen. Insbesondere sind Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Bismutoxid, Yttriumoxid und/oder Seltene Erden dafür verantwortlich, die Neigung zur Kristallisation herabzusetzen.
Glastransformationstemperatur oder Glasübergangstemperatur (T_g) ist die Temperatur, bei der ein Glas oder die Glaszusammensetzung vom sprödelastischen in den viskoelastischen Bereich umgewandelt wird. Die Messung der Glasübergangstemperatur kann unter anderem mit Hilfe eines Dilatometers (TMA = Thermomechanical Analysis) oder der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) oder der Differenz-Thermoanalyse (DTA) erfolgen.
Erweichungstemperatur (T_e) ist die Temperatur bei der das Glas bzw. die Glaszusammensetzung merklich zu deformieren beginnt und sich dadurch unter dem Einfluss des Eigengewichtes verformt. Die Erweichungstemperatur ist ein wesentlicher Parameter beim Einbetten von Materialien, beispielsweise eines Leuchtstoffs, in Glas. Bei diesen Prozessen muss das Glas auf eine Temperatur größer der Erweichungstemperatur erwärmt werden und signifikant fließen um einen festen Verbund zwischen den einzubettenden Materialien zu schaffen. Sind diese Materialien temperaturempfindlich, so ist für eine Einbettung eine möglichst geringe Erweichungstemperatur erforderlich. Die Erweichungstemperatur kann mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) oder Dilatometrie (TMA) oder einer Viskositätsmessung bestimmt werden.
Die Kristallisation der Glaszusammensetzung beziehungsweise eine fehlende Kristallisation der Glaszusammensetzung kann mittels Röntgenbeugung (XRD) bestimmt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung frei von Bortrioxid, Germaniumoxid, Phosphaten, Halogeniden, P₂O₅, Silikaten und/oder SiO₂. „Frei von“ bedeutet hier und im Folgenden, dass die Glaszusammensetzung kein oder nur sehr geringe Anteile im ppm-Bereich, beispielsweise einen Anteil von höchstens 10^–4 ppm, an den genannten Verbindungen in der Glaszusammensetzung aufweist.
Der Nachteil an Bortrioxid und beispielsweise Phosphorpentoxid ist, dass sie nur eine geringe chemische Beständigkeit aufweisen. Daher sind sie für viele Anwendungen aufgrund der mangelnden Korrosionsstabilität nicht geeignet.
Ein Matrixmaterial mit darin enthaltenem Bortrioxid und/oder Germaniumoxid tendiert nachteilig zur Kristallisation aufgrund eines Entmischungsverhaltens, wodurch das Matrixmaterial streuende oder absobiernde Eigenschaften aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung RoHS-konform (Restriction of certain Hazardous Substances) und frei von Blei, Arsen, Kadmium, Uran und Th. Insbesondere ist das Konversionselement RoHS-konform und frei von Blei, Arsen, Kadmium, Uran und Th.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Glastransformationstemperatur des Matrixmaterials, insbesondere der Glaszusammensetzung einen Wert kleiner 320°C, insbesondere kleiner oder gleich 295 °C auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dilatometrische Erweichungstemperatur des Matrixmaterials einen Wert von kleiner als 400 °C, insbesondere kleiner 350 °C oder kleiner 325 °C auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial strahlungsdurchlässig und/oder und frei von Streuung. Dies bedeutet insbesondere, dass 90 %, abzüglich der Fesnelverluste > 95%, idealerweise > 99%, der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm transmittiert wird. Das Matrixmaterial, insbesondere die Glaszusammensetzung weist insbesondere die Eigenschaft auf, eine hohe Transmission und eine geringe Absorption zu haben. Insbesondere absorbiert das Matrixmaterial < 10 %, bevorzugt < 5%, besonders bevorzugt < 1% der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm. Die Fresnelverluste können je nach Brechzahl bei 8–11% pro Grenzfläche liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial farblos. Als farblos wird hier und im Folgenden bezeichnet, dass das Matrixmaterial, insbesondere die Glaszusammensetzung keine elektromagnetische Strahlung, also höchstens 5 % der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus einem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm absorbiert. Ausnahme ist hier ein Bestandteil in dem Matrixmaterial, der einen Filtereffekt bewirkt oder wodurch nach Anregung mit Primärstrahlung eine Sekundärstrahlung emittiert wird. Letzteres gilt insbesondere für Seltene Erden, die zu fluoreszierenden Gläsern führen.
Zudem weist das Matrixmaterial vorteilhafterweise eine hochbrechende Eigenschaft auf. Beispielsweise ist der Brechungsindex vom Gehalt des Telluroxids in der Glaszusammensetzung bzw. im Glas abhängig. Insbesondere weist das Matrixmaterial einen Brechungsindex n ≥ 1,8, insbesondere n ≥ 2 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial eine weitere Komponente, die den Brechungsindex des Matrixmaterials erhöht. Dem Matrixmaterial können beispielsweise dem Fachmann bekannte brechungsindexerhöhende Verbindungen, beispielsweise La₂O₃, zugesetzt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial eine weitere zusätzliche Komponente, die strahlungsabsorbierende Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise absorbiert die weitere zusätzliche Komponente Strahlung im Wellenlängenbereich von ≤ 380 nm. Bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von ≤ 400 nm. Insbesondere absorbiert die weitere zusätzliche Komponente > 20 %, bevorzugt > 40 %, besonders bevorzugt > 60 % der Strahlung im genannten Wellenlängenbereich. Damit kann das Matrixmaterial zusätzlich als UV-Filter dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial, insbesondere die Glaszusammensetzung ultraniedrigschmelzend. Als ultraniedrigschmelzendes Material wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Material angesehen, das bei einer Temperatur von maximal 350 °C erweicht. Dadurch ermöglicht sich mit Vorteil, dass das Matrixmaterial direkt mit dem Halbleiterchip bei tiefen Temperaturen von maximal 350 °C verbunden werden kann, wobei bei derartigen Temperaturen der Halbleiterchip keinen Schaden erfährt.
Hier und im Folgenden wird als "Leuchtstoff" ein Stoff bezeichnet, welcher elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und als elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem zumindest teilweise von der elektromagnetischen Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich emittiert.
Elektromagnetische Primärstrahlung und/oder elektromagnetische Sekundärstrahlung können eine oder mehrere Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich umfassen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 185 nm und 800 nm, bevorzugt etwa 350 nm und 800 nm. Dabei können das Spektrum der elektromagnetischen Primärstrahlung und/oder das Spektrum der elektromagnetischen Sekundärstrahlung schmalbandig sein, das heißt dass die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die elektromagnetische Sekundärstrahlung einen einfarbigen oder annähernd einfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können. Das Spektrum der elektromagnetischen Primärstrahlung und/oder das Spektrum der elektromagnetischen Sekundärstrahlung können alternativ auch breitbandig sein, das heißt, dass die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die elektromagnetische Sekundärstrahlung einen mischfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können, wobei der mischfarbige Wellenlängenbereich jeweils ein kontinuierliches Spektrum oder mehrere diskrete spektrale Komponenten bei verschiedenen Wellenlängen aufweisen kann.
Als Leuchtstoff kann ein Granatleuchtstoff, beispielsweise ein gelber Granatleuchtstoff, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein nitridischer Leuchtstoff, beispielsweise ein rot emittierender nitridischer Leuchtstoff verwendet werden. Im Prinzip sind aber alle Leuchtstoffe geeignet, zum Beispiel auch Aluminate, Orthosilikate, Sulfide oder Calsine.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Einbettung des Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial homogen sein. Alternativ kann der Leuchtstoff in dem Matrixmaterial mit einem Konzentrationsgradienten verteilt sein.
Das Matrixmaterial weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit als herkömmlich verwendetes Silikon auf, wodurch sich die Wärmeabfuhr der im Betrieb entstehenden Wärme mittels des Matrixmaterials vorteilhafterweise verbessert. Dadurch kann die im Betrieb entstehende Wärme, insbesondere die im Betrieb durch die Stokes-Verschiebung entstehende Erwärmung des Leuchtstoffs, im Konversionselement effizient über das Matrixmaterial abgeführt werden, wodurch sich vorteilhafterweise die Effizienz des Leuchtstoffs und dadurch bedingt die Effizienz des Bauelements erhöht. Dies gilt vor allem auch für Laseranwendungen, bei denen das Konversionselement auf einem glasigen, keramischen oder metallischem Substrat aufgebracht und zum Halbleiterchip beabstandet ist als auch für Hochleistungs-Chips.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Leuchtstoff in dem Matrixmaterial eingebettet und als Verguss, Schicht oder Folie ausgeformt sein. Der Verguss kann beispielsweise stoffschlüssig mit einem Halbleiterchip verbunden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Matrixmaterial zusätzlich einen Füllstoff, wie beispielsweise ein Metalloxid, so etwa Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, und/oder Glaspartikel umfassen. Der Füllstoff kann z.B. zur gezielten Lichtstreuung dienen und inhomogen oder homogen in dem Matrixmaterial verteilt sein.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements sowie ein Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst dabei das Konversionselement. Dabei gelten die gleichen Definitionen und Ausführungen für das Verfahren beziehungsweise für das Bauelement, wie sie vorstehend für das Konversionselement angegeben wurden und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet. Das Konversionselement kann direkt auf dem Halbleiterchip angeordnet sein. Zwischen Halbleiterchip und Konversionselement ist somit kein Abstand vorgesehen. Bevorzugt ist das Konversionselement auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips befestigt. Das Konversionselement ist somit direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips befestigt, wobei kein Abstand und/oder andere Schichten oder Materialien zwischen dem Konversionselement und dem Halbleiterchip angeordnet sind. So kann die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung zumindest teilweise nahe der Strahlungsquelle, also nahe dem Halbleiterchip, beispielsweise in einem Abstand Konversionselement und Halbleiterchip von kleiner oder gleich 200 µm, bevorzugt kleiner oder gleich 50 µm erfolgen (so genannte "Chip Level Conversion").
Der Halbleiterchip umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem V-IV-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um Al_xGa_1-xAs handeln mit 0 ≤ x ≤ 1. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Der Halbleiterchip kann eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen beinhalten. Im Betrieb des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der elektromagnetischen Primärstrahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann als Halbleiterchip ein Hochleistungschip und/oder Laser verwendet werden. Der Hochleistungschip und/oder Laser kann eine optische Leistung von mindestens 3 Watt, insbesondere größer oder gleich 15 Watt und/oder höchstens 30 Watt aufweisen.
Alternativ kann es sich bei dem Halbleiterchip auch um ein keramisches, glasiges oder metallisches Substrat handeln auf das das Konversionselement aufgebracht oder mit diesem verbunden wird, z.B. für Laseranwendungen oder Remote Phosphor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet. Das Konversionselement kann räumlich beabstandet zum Halbleiterchip angeordnet sein. Bevorzugt ist zwischen dem Konversionselement und der Strahlungsaustrittsfläche ein Zwischenraum gebildet. Der Zwischenraum kann ein Gas aufweisen, beispielsweise Luft. So kann zumindest teilweise die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem großen Abstand zum Halbleiterchip erfolgen. Beispielsweise in einem Abstand zwischen Konversionselement und Halbleiterchip von größer oder gleich 200 µm, bevorzugt größer oder gleich 750 µm, besonders bevorzugt größer oder gleich 900 µm (so genannte "Remote Phosphor Conversion").
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen Halbleiterchip, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet ist. Alternativ kann das Bauelement ein Substrat umfassen. Das Konversionselement kann eine zusätzliche Schicht mit dem Halbleiterchip oder dem Substrat verbinden, wobei die zusätzliche Schicht ein keramisches Konversionselement ist.
Das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements umfasst die Verfahrensschritte

a) Bereitstellen zumindest eines Halbleiterchips, das eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist oder Bereitstellen eines Substrats,
b) Aufbringen eines Konversionselements, wie es vorstehend beschrieben wurde, auf die Strahlungsaustrittsfläche oder auf das Substrat, und
c) Erhitzen des Bauelements auf maximal 400 °C, ggf. unter Gewichtbeaufschlagung, so dass ein Verbund zwischen der Strahlungsaustrittsfläche oder dem Substrat und dem Konversionselement entsteht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann vor dem Verfahrensschritt b) das Matrixmaterial nach der Schmelze gemahlen und auf eine bestimmte Korngrößenfraktion gesiebt werden. Anschließend kann der Leuchtstoff in dem Matrixmaterial eingebettet werden. In dem weiteren Verfahrensschritt c) kann das Bauelement ggf. unter Vakuum und/oder Gewichtsbeaufschlagung auf maximal 400 °C, beispielsweise 350 °C erhitzt werden. Dies führt zu einem Versintern des Konversionselements, insbesondere der Glaszusammensetzung bzw. der Glaspulverpartikel und der eingebetteten Leuchtstoffpartikel. Zusätzlich kann das Konversionselement an die Strahlungsaustrittsfläche angebunden werden und damit eine starke Anbindung des Konversionselements an die Strahlungsaustrittsfläche erzeugt werden. Die Anbindung kann durch eine Gewichtsbeaufschlagung erhöht werden oder dadurch auch bei niedrigerer Temperatur erfolgen. Insbesondere beeinflussen die Oxide des R² ₂O₃ wie z.B. des Aluminiums die Kristallisation des Matrixmaterials während der Herstellung positiv, so dass das Konversionselement im Verfahrensschritt c) nicht kristallisiert.
Für viele Anwendungen ist es von Nachteil, insbesondere in der optischen Technologie, wenn eine Kristallisation während der Verdichtung des Konversionselements einsetzt, da dann an den Kristallen Lichtstreuung zu beobachten ist bzw. stattfinden kann. Zwar kann eine gewisse Streuung die Lichtauskopplung verbessern, jedoch ist diese Eigenschaft hier undefiniert, weil die Kristallisation von den Verfahrensparametern abhängt und weitestgehend schwer reproduzierbar und kontrollierbar ist. Das Matrixmaterial weist gemäß einer Ausführungsform keine Kristallisation nach der Verdichtung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Verfahrensschritt b) das Konversionselement als Pulver oder als vorgeformter Körper auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht. Vorgefertigter Körper bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Konversionselement in einem Pick-and-Place-Prozess auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips montiert werden kann. Der vorgefertigte Körper kann hergestellt werden, indem zunächst das Glas aus dem Gemenge erschmolzen wird. In dieser Glasschmelze kann der Leuchtstoff, vorzugsweise ein temperaturunempfindlicher Leuchtstoff, wie z.B. ein Granat eingebettet werden. Die Glasschmelze wird ausgegossen oder geformt und dann abgekühlt, so dass ein Festkörper entsteht, wobei der vorgefertigte Körper mit eingebettetem Leuchtstoff resultiert. Alternativ kann der Festkörper auch eine Roh- oder Vorform sein, aus der im Anschluss der vorgefertigte Körper mit den passenden Dimensionen erhalten werden kann, zum Beispiel durch Sägen, Schleifen, Polieren, Ätzen oder Laserbearbeitung.
Alternativ kann der vorgefertigte Körper zunächst ohne Leuchtstoff hergestellt werden. Dazu kann zunächst eine Glasschmelze hergestellt werden. Die entstandene Schmelze kann ausgegossen oder geformt und dann abgekühlt werden, so dass ein Festkörper entsteht. Alternativ kann der Festkörper auch eine Roh- oder Vorform sein, aus der im Anschluss der vorgefertigte Körper mit den passenden Dimensionen erhalten werden kann, zum Beispiel durch Sägen, Schleifen, Polieren, Ätzen oder Laserbearbeitung. Anschließend kann der vorgefertigte Körper auf die Strahlungsaustrittsfläche oder auf ein Substrat aufgebracht werden und mit dem Leuchtstoff beschichtet werden. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Druckverfahren, Siebdruck, Aufsprühen, Aufrakeln, Dispensen oder Spincoaten erfolgen. Anschließend kann das Bauelement bei einer Temperatur von ≤ 350 °C für beispielsweise 30 Minuten behandelt werden. Dadurch sinkt der Leuchtstoff in die Glaszusammensetzung ein und das Konversionselement wird über das Matrixmaterial fest mit dem Halbleiterchip verbunden. Dies kann zusätzlich mit einer Gewichtsbeaufschlagung erfolgen, um mehr Leuchtstoff in das Matrixmaterial einbringen zu können und/oder dadurch bei einer niedrigeren Temperatur arbeiten zu können und/oder die Prozesszeit zu verkürzen und/oder das Konversionselement gezielt zu formen. Der Leuchtstoff befindet sich vorzugsweise auf der chipnahen Seite. Damit kann ein vorstehend beschriebenes Konversionselement erzeugt werden. Zusätzlich kann auf das Konversionselement ein weiteres Konversionselement, z. B. ein keramisches Konversionselement gleicher oder verschiedener Farbe oder ein Konversionselement mit in Glas eingebettetem Leuchtstoff oder eine Linse aufgebracht werden, wobei bei Behandlung des Bauelements bei einer Temperatur von ≤ 350 °C auch das weitere Konversionselement oder die Linse mit dem Konversionselement über das Matrixmaterial verbunden werden kann.
Farbangaben in Bezug auf das Konversionselement bezeichnet hier und im Folgenden den jeweiligen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise der elektromagnetischen Sekundärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Leuchtstoff vor dem Sintern in die Glaszusammensetzung eingebracht. Einbringen kann beispielsweise durch Mischen von Leuchtstoffpartikeln und Pulver der Glaszusammensetzung bedeuten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Konversionselement mittels eines Sinterverfahrens hergestellt, wobei hierbei eine Mischung von Leuchtstoff und Pulver der Glaszusammensetzung gesintert, insbesondere gepresst wird, um Lufteinschlüsse zu minimieren. Hierbei finden Temperaturen in der Nähe des Erweichungspunktes der Glaszusammensetzung ggf. unter Unterdruck und/oder Gewichtsbeaufschlagung Anwendung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine flüssige Schmelze der Glaszusammensetzung mit darin suspendiertem Leuchtstoff hergestellt, wobei anschließend die flüssige Schmelze derart versprüht wird, dass das Konversionselement auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips oder des Substrats aufgebracht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann eine Schicht definierter Schichtdicke aus Leuchtstoff und optional weiteren Elementen auf einer Schicht der Glaszusammensetzung aufgebracht werden, wobei anschließend bei einer Temperatur nahe dem Erweichungspunkt der Glaszusammensetzung gesintert wird. Dies kann zum Einsinken des Leuchtstoffs in die Glaszusammensetzung führen und damit das Konversionselement erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Leuchtstoffschicht aus Leuchtstoffpartikeln auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips oder dem Substrat aufgebracht, wobei anschließend die Glaszusammensetzung aus der Gasphase in die Zwischenräume zwischen den Leuchtstoffpartikeln abgeschieden wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Leuchtstoffschicht aus Leuchtstoffpartikeln auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiters aufgebracht, wobei anschließend das vorgeformte Glasplättchen aufgebracht wird und während einer Temperaturbehandlung ggf. unter Gewichtsbeaufschlagung erweicht und in die Zwischenräume zwischen die Leuchtstoffpartikel fließt (Aufsinken des Glases) und so das Konversionselement fest mit der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiters verbindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf einem Substrat, z.B. dünnes Flachglas, transparente Keramik oder Glaskeramik eine glasige Schicht der Glaszusammensetzung erzeugt. Im Anschluss wird eine Leuchtstoffschicht aufgebracht, die dann unter Temperaturerhöhung in die glasige Schicht einsinkt. Dies kann zusätzlich mit einer Gewichtsbeaufschlagung erfolgen, um mehr Leuchtstoff in das Matrixmaterial einbringen zu können und/oder dadurch diesen Leuchtstoff bei einer niedrigeren Temperatur einsinken lassen zu können und/oder die Prozesszeit zu verkürzen. Alternativ kann auch Glaspulver und Leuchtstoffpulver gemischt werden und dann als Schicht auf das Substrat aufgebracht werden. Ferner können in beiden Fällen Streupartikel zugesetzt sein, die die Abstrahlcharakteristik homogenisieren und /oder die Lichtauskopplung erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement als vorgefertigter Körper ein separates Plättchen. Das Plättchen wird auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Insbesondere wird das Matrixmaterial als dünne Schicht direkt auf dem Halbleiterchip oder als separates Plättchen bei höheren Temperaturen von über 350 °C hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann das Matrixmaterial als dünne Schicht direkt auf einem Substrat, einem weiteren Konversionselement oder einer Linse aufgebracht werden. Bei dieser Temperatur oberhalb des dilatometrischen Erweichungspunktes besitzt das Glas vorzugsweise eine Viskosität η mit 10^7,6 dPas·s ≥ η ≥ 10^–2 dPas·s, insbesondere von 10⁴ dPas·s ≥ η ≥ 10² dPas·s, idealerweise von 10² dPas·s ≥ η ≥ 10² dPas·s. Dadurch wird eine sehr kompakte und blasenarme Glasschicht erzeugt. Diese wird anschließend mit Leuchtstoff, beispielsweise YAG:Ce, mit den dem Fachmann bekannten Verfahren beschichtet. Anschließend sinken die Leuchtstoffpartikel, beispielsweise innerhalb von 1, 5, 10 oder 30 Minuten, bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 350°C in die Glasschicht ein. Das heißt, dass die mit Leuchtstoff beschichtete Glaszusammensetzung dann soweit erwärmt wird, dass das Glas nur leicht erweicht und der Leuchtstoff in die Glasschicht einsinkt und davon umschlossen wird. Dies kann auch unter Gewichtsbeaufschlagung erfolgen, um mehr Leuchtstoff in das Matrixmaterial bzw. Glas einzubringen und/oder die Prozesstemperatur zu erniedrigen und/oder die Prozesszeit zu verkürzen.
Im Falle eines separaten Plättchens ist es möglich, dass das Plättchen vor dem Einsinken auf dem Halbleiterchip positioniert wird und so während des Einsinkvorgangs gleichzeitig mit dem Chip verklebt. Hierbei kann die Strahlungsaustrittsfläche sowie die Seitenflächen mit dem gleichen Leuchtstoff als auch mit anderen Leuchtstofftypen beschichtet werden. Alternativ können auch beide Strahlungsaustrittsflächen mit Leuchtstoff beschichtet werden, wobei auf den beiden Flächen die gleichen als auch unterschiedliche Leuchtstoffe verwendet werden können. Bei Letzterem (Trennung der Leuchtstoffe) können so die Remissionsverluste verringert werden (im Vergleich zur Mischung innerhalb einer Schicht).
Für das Einsinkverfahren kann der Leuchtstoff auch gezielt inhomogen aufgebracht werden, um zum Beispiel die Farborthomogenität des Bauelements über den Abstrahlwinkel zu verbessern. Alternativ können auch Streupartikel mit eingebracht werden. Diese können auch als seperate Schicht ausgebildet sein und zum Beispiel auf der gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche vorliegen. Die leuchtstoffhaltige Strahlungsaustrittsfläche ist vorzugsweise chipnah. Alternativ kann der Leuchtstoff auch komplett durch Streupartikel ersetzt sein, um die Primärstrahlung zu reflektieren wie z.B. bei einem Farbrad für Laseranwendungen üblich. Ebenfalls ist es möglich verschiedene Leuchtstoffe getrennt oder miteinander vermischt aufzubringen. Diese liegen bei einem Farbrad für Laseranwendungen in der Regel getrennt voneinander nebeneinander auf einem Substrat vor.
Nachfolgend werden eine hier beschriebene Glaszusammensetzung, ein Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements 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 Ausführungsbeispiele A1 bis A7 eines Matrixmaterials sowie Vergleichsbeispiele V1 bis V4,
2 ein Transmissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
3 ein Röntgenbeugungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels,
4 ein Transmissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
5 ein Transmissionsspektrum eines Ausführungsbeispiels,
6 ein Vergleich von Röntgenbeugungsdiagrammen von drei Ausführungsbeispielen, und
7 bis 12 jeweils eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
Die 1 zeigt tabellarisch Ausführungsformen A1 bis A7 des Matrixmaterials. Ferner zeigt die Tabelle Vergleichsbeispiele V1 bis V4 von herkömmlichen Matrixmaterialien. Die in der Tabelle angegebenen Werte weisen einen maximalen Fehler von 5 % auf. In dieses Matrixmaterial ist kein Leuchtstoff eingebettet. Das Matrixmaterial der Ausführungsbeispiele A1 bis A7 weisen Telluroxid auf. Insbesondere ist Telluroxid TeO₂. Der Anteil an Telluroxid in A1 bis A7 beträgt zwischen 67 mol-% und 69 mol-%. Insbesondere ist der Anteil an Telluroxid zwischen einschließlich 67,5 mol-% und 68,5 mol-%.
Das Matrixmaterial weist ferner R¹O als Zinkoxid auf. Der Anteil an Zinkoxid beträgt zwischen einschließlich 18 mol-% und 20 mol-%.
Das Matrixmaterial weist ferner M¹ ₂O in Form von Dinatriumoxid auf. Der Anteil von Dinatriumoxid in dem Matrixmaterial beträgt zwischen einschließlich 10 mol-% und 12 mol-%.
Ferner weist das Matrixmaterial ein Oxid eines dreiwertigen Metalls, wie beispielsweise Aluminiumtrioxid, Lanthantrioxid, Bismuttrioxid und/oder Yttriumtrioxid auf. Der Anteil des Oxides des dreiwertigen Metalls beträgt zwischen 1,5 mol-% und 2,5 mol-%.
Ferner zeigt die 1 die zu den Ausführungsbeispielen A1 bis A7 mittels Dilatometrie bestimmten Glastransformationstemperaturen T_g in °C. Die Glastransformationstemperaturen betragen zwischen 283 °C und 294 °C. Insbesondere sind die Glastransformationstemperaturen des Matrixmaterials < 295 °C.
Ferner zeigt die 1 die zugehörigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α und die Erweichungstemperaturen T_e in °C der Ausführungsbeispiele A1 bis A7. T_e beträgt zwischen 308 °C und 323 °C und wurde mittels Dilatometrie bestimmt.
Ferner zeigt die 1 einen Brechungsindex n für die Ausführungsbeispiele A2, A5 und A6 von ca. 2, welcher bei einer Wellenlänge von 546,06 nm bestimmt wurde.
Im Vergleich dazu sind die Vergleichsbeispiele V1 bis V4 dargestellt. Die Vergleichsbeispiele V1 bis V4 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen A1 bis A7 insbesondere dadurch, dass das Matrixmaterial der V1 bis V4 keine Oxide von dreiwertigen Metallen aufweist. Dementsprechend zeigen die Vergleichsbeispiele höhere Erweichungstemperaturen T_e von ≥ 329 °C (V2, V4) und/oder eine hohe Kristallisationsneigung (V1, V3), insbesondere während der Herstellung. Daher sind die Vergleichsbeispiele nicht so gut geeignet in einem Konversionselement, indem beispielsweise auch temperatursensible Leuchtstoffe eingebettet sind.
Die 2 zeigt ein Transmissionsspektrum für das Ausführungsbeispiel A2, welches in der Tabelle der 1 gezeigt ist. Es ist die Transmission T in % in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Kurve 1 zeigt das Matrixmaterial vor einem Verwitterungstest, wobei die Wanddicke WD der Probe WD = 0,89 mm ist. Die Kurve 2 zeigt die Transmissionskurve des Matrixmaterials von A2 nach Durchführen des Verwitterungstests. Der Verwitterungstest erfolgte derart, dass das Matrixmaterial einer Temperatur von 85 °C bei einer relativen Feuchtigkeit von 85 % und über 1000 Stunden ausgesetzt wurde. Ein Vergleich des Matrixmaterials vor (Kurve 1) und nach (Kurve 2) dem Verwitterungstest zeigen im Wesentlichen keinen Unterschied in der Transmission. Daraus kann geschlossen werden, dass sich das Matrixmaterial während des Tests nicht verändert hat. Daher ist das Matrixmaterial des Ausführungsbeispiels A2 besonders witterungsbeständig und korrosionsbeständig und sehr gut für ein Konversionselement geeignet.
Die 3 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des Ausführungsbeispiels A2 gemäß der Tabelle in 1. Es ist die Intensität I in a.U. (arbitary units) in Abhängigkeit von 2θ in ° dargestellt. Aus der Graphik ist zu erkennen, dass das Matrixmaterial rein amorph ist und nicht kristallisiert vorliegt. Dies ist von Vorteil, da das Matrixmaterial insbesondere dadurch keine elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Bereich streut.
Die 4 zeigt ein Transmissionsspektrum des Ausführungsbeispiels A6 der Tabelle in 1. Es ist die Transmission T in % in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Kurve 1 zeigt die Transmission des Matrixmaterials mit einer Wanddicke von 0,98 mm vor dem Verwitterungstest, die Kurve 2 zeigt die Transmission des Matrixmaterials nach dem Verwitterungstest. Die Transmission verändert sich durch Einfluss von Temperatur, relativer Feuchtigkeit und über die Zeit (1000 Stunden) im gesamten Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1000 nm nicht.
Die 5 zeigt ein Transmissionsspektrum mit T in % in Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm des Ausführungsbeispiels A7 aus der Tabelle in 1 und gemessen bei einer Wanddicke von 0,96 mm. Es sind die Transmissionskurven vor (Kurve 1) und nach (Kurve 2) dem Verwitterungstest dargestellt. Ein Vergleich des Matrixmaterials vor (Kurve 1) und nach (Kurve 2) dem Verwitterungstest zeigen im Wesentlichen keinen Unterschied in der Transmission. Daraus kann geschlossen werden, dass sich das Matrixmaterial während des Tests nicht verändert hat. Auch das Ausführungsbeispiel A7 ist verwitterungsstabil.
Die 6 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm des Ausführungsbeispiels A2, A5 und A6 gemäß der Tabelle in 1. Es ist die Intensität I in a.U. (arbitary units) in Abhängigkeit von 2θ in ° dargestellt. Aus der Graphik ist zu erkennen, dass das Matrixmaterial von A2, A5 und A6 rein amporph ist und keine Kristalle enthalten sind. Dies ist von Vorteil, da das Matrixmaterial insbesondere keine elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Bereich streut.
Die 7 zeigt ein Bauelement 10 gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere ist das Bauelement 10 ein optoelektronisches Bauelement. Mit anderen Worten ist das Bauelement 10 dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung, insbesondere im sichtbaren Bereich zu emittieren. Das Bauelement 10 weist einen Halbleiterchip 1 auf. Auf diesem Halbleiterchip 1 ist in direktem Kontakt ein Konversionselement 2 angeordnet. Das Konversionselement 2 umfasst eine Glaszusammensetzung 2a als Matrixmaterial und zumindest einen Leuchtstoff 2b. Der Leuchtstoff 2b ist zur Absorption der von dem Halbleiterchip 1 emittierten Primärstrahlung eingerichtet, wobei diese zumindest teilweise in elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert wird. Das Konversionselement 2 ist dabei direkt auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 1 aufgebracht. Die Glaszusammensetzung 2a dient hier zum Einbetten des Leuchtstoffs 2b. Ferner weist die Glaszusammensetzung 2a als Matrixmaterial im Vergleich zu Silikon eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die im Konversionselement 2 entstehende Wärme leichter von der Glaszusammensetzung 2a abgeführt werden kann und der Leuchtstoff weniger geschädigt wird. Dies erhöht die Effizienz des optoelektronischen Bauelements. Gleichzeitig wird durch den direkten Verbund von Konversionselement und Strahlungsaustrittsfläche die Effizienz des Halbleiterchips erhöht, da durch den höheren Brechungsindex und die höhere Wärmeleitung der Glaszusammensetzung sowohl die Lichtauskopplung als auch die Effizienz verbessert wird.
Als Leuchtstoff kann ein Granatleuchtstoff, beispielsweise ein gelber Granatleuchtstoff, ein nitridischer Leuchtstoff, beispielsweise ein rot emittierender nitridischer Leuchtstoff, Aluminate, Orthosilikate, Sulfide oder Calsine verwendet werden. Im Prinzip können jedoch alle Leuchtstoffe verwendet werden, die zur Konversion von elektromagnetischer Primärstrahlung in elektromagnetischer Sekundärstrahlung eingerichtet sind.
Das Konversionselement 2 der 7 ist plättchenförmig ausgebildet. Vorzugsweise weist das Konversionselement 2 eine Dicke von 1 µm bis 200 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 100 µm, beispielsweise 30 µm, auf. Das plättchenförmige Konversionselement 2 verdeckt mit Vorteil zumindest 80 % der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 1. Vorzugsweise ist die Grundfläche des Konversionselements 2 mit der Grundfläche des Halbleiterchips 1 deckungsgleich beziehungsweise nahezu deckungsgleich in Draufsicht auf das Bauelement 10. In einer besonderen Ausgestaltung kann die Grundfläche des Konversionselements 2 auch größer als die Grundfläche des Halbleiterchips 1 sein.
Alternativ kann anstelle des Halbleiterchips 1 auch ein glasiges, keramisches oder metallisches Substrat eingesetzt werden, auf dem das Konversionselement 2 aufgebracht wird und z.B. für transmittierende oder reflektierende Laseranwendungen eingesetzt wird. Der Laser kann eine optische Leistung von mindestens 1 Watt und/oder höchstens 20 Watt aufweisen.
Die Einbettung des Leuchtstoffs 2b in die Glaszusammensetzung 2a erfolgt vorzugsweise mittels eines Erweichnungs-, Einsink-, Aufsink-, Einschmelz- und/oder eines Sinterprozesses. Beispielsweise wird der Leuchtstoff 2b mit dem pulverisiertem Glas der Glaszusammensetzung 2a vermischt und daraus eine Paste hergestellt, die anschließend auf einem Substrat siebgedruckt oder dispenst und dann verglast wird. Dies kann ggf. auch im Unterdruck und/oder mit Gewichtsbeaufschlagung erfolgen.
Alternativ kann die Oberfläche des vorgefertigten Körpers der Glaszusammensetzung 2a mit einem Leuchtstoff 2b beschichtet werden. Die Beschichtung kann beispielsweise durch Druckverfahren, Siebdruck, Aufsprühen, Aufrakeln, Dispensen oder Spincoaten erfolgen. Anschließend kann das Bauelement 10 bei einer Temperatur von ≤ 350 °C für beispielsweise 30 Minuten behandelt werden. Dadurch sinkt der Leuchtstoff 2b in die Glaszusammensetzung 2a ein. Dies kann ggf. mit Gewichtsbeaufschlagung erfolgen. Damit kann ein Konversionselement 2 erzeugt werden, welches die Glaszusammensetzung 2a als Matrixmaterial und einen Leuchtstoff 2b aufweist. Das Konversionselement 2 zeigt eine hohe Quanteneffizienz (QE) von mindestens 90 % im Vergleich zu einem herkömmlichen Konversionselement, das Silikon als Matrixmaterial mit dem gleichen Leuchtstoff aufweist.

Die folgende Tabelle zeigt die relative Quanteneffizienz bei Verwendung der Glaszusammensetzung des Ausführungsbeispiels A8 in Verbindung mit einem Leuchtstoff, beispielweise einem gelben Granatleuchtstoff oder einem roten nitridischen Leuchtstoff oder einer Warmweißmischung. Als Referenz wurde ein Konversionselement mit dem gleichen Leuchtstoffpulver in Silikonmatrix verwendet.

Konversionselement 2 umfassend einen der folgenden Leuchtstoffe 2b und die Glaszusammensetzung 2a des Ausführungsbeispiels A8	relative QE / %
gelber Granat-Leuchtstoff	≥ 90
roter nitridischer Leuchtstoff	≥ 90
Warmweiß-Mischung	≥ 90

Die 8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Die 8 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 7 dadurch, dass das Konversionselement 2 als strahlformendes Element ausgebildet ist. Insbesondere weist das Konversionselement 2 eine konvexe Linsenform auf. Das Konversionselement 2 ist somit bereits als integrierte Linse ausgebildet, wobei die Linse beispielsweise durch eine gezielte Formgebung oder durch die Oberflächenspannung des Glases bei der Erwärmung des Konversionselements 2 entstehen kann.
Durch ein derart ausgeformtes Konversionselement 2 als Linse beziehungsweise als strahlformendes Element kann die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Primärstrahlung gezielt geführt werden. Insbesondere kann so der Abstrahlwinkel der von dem Halbleiterchip 1 emittierten Primärstrahlung gezielt verändert und/oder korrigiert werden. So beeinflusst das Konversionselement 2 unter anderem die Abstrahlcharakteristik und die Direktionalität sowie den Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung.
Weiter weist das Ausführungsbeispiel der 8 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 7 ein zusätzliches Element 2c auf. Das zusätzliche Element 2c ist ebenfalls in der Glaszusammensetzung 2a eingebettet. Insbesondere ist das zusätzliche Element 2c homogen in der Glaszusammensetzung 2a verteilt. Vorzugsweise erhöht das zusätzliche Element 2c den Brechungsindex der Glaszusammensetzung 2a. Ein Brechungsindex erhöhendes zusätzliches Element 2c ist zum Beispiel La₂O₃. Das Ausführungsbeispiel der 8 entspricht im Übrigen dem Ausführungsbeispiel der 7. Dieses zusätzliche Element 2c kann zusätzlich oder alternativ die Lichtstreuung gezielt beeinflussen und damit zur besseren Auskopplung und Homogenisierung des Lichtes dienen. Das zusätzliche Element 2c kann ein Streupartikel z.B. TiO₂, Al₂O₃, SiO₂ sein. Die Streupartikel können inhomogen in der Glaszusammensetzung 2a verteilt oder als separate Schicht ausgebildet sein. Die separate Schicht kann ober- oder unterhalb des Matrixmaterials bzw. der Glaszusammensetzung 2a angeordnet sein. Alternativ kann die gezielte Streuung auch durch Aufrauhen der Oberfläche erfolgen.
Die 9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 10 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 10 weist einen Halbleiterchip 1 auf, der auf der Strahlungsaustrittsfläche 11 und an seinen Seitenflächen vollständig von einem Konversionselement 2 umschlossen ist. Das Konversionselement 2 umfasst einen Leuchtstoff 2b und die Glaszusammensetzung 2a als Matrixmaterial. Direkt auf dem Konversionselement 2 ist eine zusätzliche Schicht 3 aufgebracht. Die zusätzliche Schicht 3 kann wiederum einen Leuchtstoff umfassen. Der Leuchtstoff der zusätzlichen Schicht 3 kann in einem Matrixmaterial eingebettet sein. Als Matrixmaterial eignet sich die oben beschriebene Glaszusammensetzung, Silikon, ein anderes Glas oder eine Keramik. Insbesondere ist die zusätzliche Schicht ein keramisches Konversionselement. Das Bauelement 10 weist zwei Konversionsschichten vorzugsweise mit unterschiedlichen Leuchtstoffen auf. Die zusätzliche Schicht 3 kann über das Konversionselement 2 mit dem Halbleiterchip 1 fest verbunden werden. Im Fall von Silikon kann dieses erst nach der Temperaturbehandlung aufgebracht werden.
Alternativ kann die zusätzliche Schicht 3 als Verguss ausgeformt sein (hier nicht gezeigt). Insbesondere ist der Halbleiterchip 1 mit Vorteil vollständig von dem Konversionselement 2 und der zusätzlichen Schicht 3 umschlossen.
Die 10 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 10 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 10 zeigt im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 9 ein Konversionselement 2, das als Vergussmasse ausgebildet ist, wobei die Vergussmasse zusätzlich als strahlformendes Element gebildet ist. Insbesondere weist die Vergussmasse 2 oder das Konversionselement 2 eine konvexe Linsenform auf. Dadurch kann die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Primärstrahlung gezielt in ihrer Abstrahlcharakteristik und Direktionalität verändert beziehungsweise korrigiert werden.
Weiter weist das Konversionselement 2 einen Leuchtstoff 2b, die Glaszusammensetzung 2a und ein zusätzliches Element 2c auf. Vorzugsweise sind die in der Glaszusammensetzung 2a eingebetteten Komponenten, wie Leuchtstoff 2b und zusätzliches Element 2c, im Wesentlichen gleichmäßig in der Glaszusammensetzung 2a verteilt. Alternativ oder zusätzlich kann dem Konversionselement 2 eine zusätzliche Schicht 3 nachgeordnet sein, die eine Komponente aufweisen kann, welche Strahlung absorbierende Eigenschaften aufweist. Bevorzugt absorbiert die Komponente Strahlung im Wellenlängenbereich von ≤ 400 nm, vorzugsweise im Wellenlängenbereich von ≤ 380 nm auf. Dadurch können organische Komponenten des Bauelements 10, wie zum Beispiel ein Kunststoffgehäuse, vor kurzwelliger Strahlung und eventuell dadurch bedingten Schädigungen, wie zum Beispiel Verfärbungen, geschützt werden.
Die 11 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 10 gemäß einer Ausführungsform. Der Halbleiterchip 1 ist auf einem Träger 5 angeordnet. Dem Halbleiterchip 1 nachgeordnet ist ein Konversionselement 2, welche die Glaszusammensetzung 2a als Matrixmaterial und den Leuchtstoff 2b umfasst. Zwischen dem Konversionselement 2 und dem Halbleiterchip 1 ist ein Zwischenraum 8 ausgebildet. In dem Zwischenraum 8 ist vorzugsweise ein Gas, beispielsweise Luft, angeordnet.
Die 12 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements 10, beispielsweise eines optoelektronischen Bauelements, gemäß einer Ausführungsform. Der Halbleiterchip 1 ist auf einem Träger 5 angeordnet. Nachfolgend ist eine Konversionsschicht 2 angeordnet. Der Konversionsschicht 2 ist eine zusätzliche Schicht 3 nachgeordnet. Die zusätzliche Schicht 3 kann wiederum einen Leuchtstoff umfassen. Die zusätzliche Schicht 3 ist insbesondere keramisch ausgeformt, vorzugsweise eine oxidische Granatkeramik (YAG:Ce, LuAG:Ce usw.). Das Bauelement 10 kann durch Bereitstellen eines Trägers 5 und Aufbringen eines Halbleiterchips 1 hergestellt werden. Anschließend kann das Konversionselement 2 auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterchips 1 aufgebracht werden. Das Konversionselement 2 kann dabei als vorgefertigter Körper, beispielsweise als Plättchen, oder als Pulver aufgebracht werden. Der vorgefertigte Körper umfasst insbesondere zumindest einen Leuchtstoff 2a, der sich vorzugsweise im Farbort von der zusätzlichen Schicht 3 unterscheidet. Das heißt, der Farbort der vorgefertigten zusätzlichen Schicht 3 wird durch die Konversionsschicht 2 gezielt verändert, vorzugsweise wird ein rot emittierender Leuchtstoff eingebracht. Das Aufbringen des Konversionselements 2 und/oder der zusätzlichen Schicht 3 als Plättchen kann in einem sogenannten Pick-and-Place-Prozess auf die Strahlungsaustrittsfläche 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 erfolgen.
Die Verbindung der zusätzlichen Schicht 3 mit dem Halbleiterchip 1 erfolgt über die Konversionsschicht 2 durch Erwärmen auf maximal 350°C, ggf. unter Gewichtsbeaufschlagung und/oder Unterdruck.
Ein derartiger Aufbau hat zum Vorteil, dass keramische Konversionselemente, die nur in bestimmten Farben hergestellt werden können, auf diese Weise einen erweiterten Farbbereich abdecken können, da durch den Leuchtstoff 2b in dem glasigen Matrixmaterial 2a z.B. auch eine warmweiße Abstrahlcharakteristik des Bauelements erzeugt werden kann.
Alternativ kann anstelle des Halbleiterchips 1 auch ein metallisches, glasiges oder keramisches Substrat verwendet werden. Insbesondere ist das Substrat für z.B. Laseranwendungen oder Remote Phosphor-Anwendungen geeignet.
Zusätzlich kann in einem weiteren Verfahrensschritt die Wulst des Konversionselements 2 entfernt und/oder begradigt werden. Insbesondere schließen nach Entfernen und/oder Begradigung der Wulst die Seitenflächen der zusätzlichen Schicht 3, des Konversionselements 2 und des Halbleiterchips 1 bündig ab.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Konversionselement (2) umfassend – einen Leuchtstoff (2b), der zur Konversion von elektromagnetischer Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung eingerichtet ist, – eine Glaszusammensetzung (2a) als Matrixmaterial, in die der Leuchtstoff (2b) eingebettet ist, – wobei die Glaszusammensetzung (2a) folgende chemische Zusammensetzung aufweist: – zumindest ein Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 65 mol-% und höchstens 90 mol-%, – R¹O mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 20 mol-%, wobei R¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon umfasst, – zumindest ein M¹ ₂O mit einem Anteil zwischen 5 mol-% und 25 mol-%, wobei M¹ ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Li, Na, K und Kombinationen davon umfasst, – zumindest ein R² ₂O₃ mit einem Anteil zwischen 1 mol-% und 3 mol-%, wobei R² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden und Kombinationen davon umfasst, – M²O₂ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 2 mol-%, wobei M² ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst, und – R³ ₂O₅ mit einem Anteil zwischen 0 mol-% und 6 mol-%, wobei R³ Nb und/oder Ta ist.
Konversionselement (2) nach Anspruch 1, wobei das Telluroxid in der Glaszusammensetzung (2a) TeO₂ ist und einen Anteil von mindestens 67 mol-% und höchstens 69 mol-% aufweist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei R¹O in der Glaszusammensetzung (2a) einen Anteil zwischen 14 mol-% und 18 mol-% aufweist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei M¹ ₂O in der Glaszusammensetzung (2a) einen Anteil zwischen 8 mol-% und 14 mol-% aufweist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glaszusammensetzung (2a) frei von Bortrioxid, Germaniumoxid, Phosphaten, Halogeniden, P₂O₅ und SiO₂ ist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei R² ausgewählt aus der Gruppe Al, La, Y und Bi ist und wobei R² ₂O₃ einem Anteil zwischen 1,5 mol-% und 2,5 mol-% aufweist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glaszusammensetzung (2a) aus Telluroxid, M¹ ₂O, R² ₂O₃ besteht und wobei R² ₂O₃ einen Anteil zwischen 1,5 mol-% und 2 mol-% aufweist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glaszusammensetzung (2a) eine Glastransformationstemperatur von kleiner 320 °C aufweist und eine dilatometrische Erweichungstemperatur von kleiner als 400°C aufweist.
Konversionselement (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glaszusammensetzung (2a) strahlungsdurchlässig ist, so dass zumindest 90% der einfallenden elektromagnetischen Strahlung aus dem Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm transmittiert wird.
Bauelement (10), umfassend ein Konversionselement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das Bauelement einen Halbleiterchip (1) umfasst, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet ist, wobei das Konversionselement (2) direkt auf dem Halbleiterchip (1) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das Bauelement einen Halbleiterchip (1) umfasst, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet ist, wobei das Konversionselement (2) von dem Halbleiterchip (1) räumlich beabstandet ist.
Bauelement nach Anspruch 10, wobei das Bauelement einen Halbleiterchip (1) oder ein Substrat umfasst, wobei der Halbleiterchip (1) zur Erzeugung von elektromagnetischer Primärstrahlung zumindest aus dem blauen Spektralbereich eingerichtet ist, wobei das Konversionselement (2) eine zusätzliche Schicht (3) mit dem Halbleiterchip (1) oder dem Substrat verbindet, wobei die zusätzliche Schicht 3 ein keramisches Konversionselement ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10) umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen zumindest eines Halbleiterchips (1), das eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, oder eines Substrats, b) Aufbringen eines Konversionselements (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auf die Strahlungsaustrittsfläche oder auf dem Substrat, und c) Erhitzen des Bauelements auf maximal 400 °C, so dass ein Verbund zwischen der Strahlungsaustrittsfläche oder dem Substrat und dem Konversionselement (2) entsteht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konversionselement (2) im Verfahrensschritt b) als Pulver oder als vorgeformter Körper auf die Strahlungsaustrittsfläche oder dem Substrat aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konversionselement (2) aus einer als Schicht ausgeformten Glaszusammensetzung (2a) erzeugt wird, die mit zumindest einem Leuchtstoff (2b) beschichtet wird und wobei anschließend der Leuchtstoff (2b) in die Glaszusammensetzung (2a) einsinkt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konversionselement (2) durch Einbringen eines Leuchtstoffs (2b) in die Glaszusammensetzung (2a) und anschließendes Aufbringen dieser Leuchtstoff-Glaszusammensetzung-Mischung auf die Strahlungsaustrittsfläche oder dem Substrat erzeugt wird.