DE102015105897A1

DE102015105897A1 - Optoelektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE102015105897A1
Application number: DE102015105897.9A
Authority: DE
Inventors: Jörg Frischeisen; Burkhard Hilling; Jutta Thoma; Christian Koch
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH; Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH; Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-20

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil (1) eine Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Primärstrahlung (P). Durch ein Konversionselement (4) wird ein Teil der Primärstrahlung (P) in eine langwelligere Sekundärstrahlung (S) umgewandelt, so dass das Bauteil eine Mischstrahlung (M) emittiert, die aus der Primärstrahlung (P) und der Sekundärstrahlung (S) besteht. Ein Filterverhalten eines Filterelements (5) ändert sich abhängig von der Temperatur im Spektralbereich der Primärstrahlung (P), innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs des optoelektronischen Bauteils (1). Hierdurch ist eine Farbortverschiebung der Mischstrahlung (M) bei einer Temperaturänderung reduziert.

Description

Es wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, das über einen Betriebstemperaturbereich hinweg eine Mischstrahlung mit einem möglichst konstanten Farbort emittiert.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Bauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil eine oder mehrere Lichtquellen. Die mindestens eine Lichtquelle ist zur Erzeugung einer Primärstrahlung eingerichtet. Die Lichtquelle wird elektrisch betrieben. Bevorzugt handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode, kurz LED, um eine Laserdiode oder auch um eine organische Leuchtdiode, kurz OLED. Beispielsweise wird von der Lichtquelle farbiges Licht, bevorzugt blaues Licht oder grünes Licht oder gelbes Licht oder rotes Licht, emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauteil eines oder mehrere Konversionselemente auf. Durch das mindestens eine Konversionselement wird im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Teil der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung umgewandelt. Dadurch, dass nur ein Teil der Primärstrahlung absorbiert und umgewandelt wird, wird von dem optoelektronischen Bauteil im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Mischstrahlung emittiert, die zumindest im sichtbaren Spektralbereich aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das optoelektronische Bauteil eines oder mehrere Filterelemente. Das zumindest eine Filterelement hindert zeitweilig oder dauerhaft einen Anteil der Primärstrahlung am Verlassen des Bauteils. Dies kann, insbesondere im Falle eins Bandpassfilters für das Filterelement, auf einen langwelligen Anteil der Primärstrahlung beschränkt sein. Langwelliger Anteil bedeutet insbesondere einen Spektralbereich, der bei größeren Wellenlängen liegt als ein Intensitätsmaximum der von der Lichtquelle emittierten Strahlung oder der die langwelligsten zwei Drittel des Spektrums der Primärstrahlung abdeckt, wobei nur Wellenlängen mit einer Intensität von mindestens 5 % des Intensitätsmaximums berücksichtigt werden. Mit anderen Worten liegt der langwellige Anteil an einer roten Flanke der Primärstrahlung. Handelt es sich bei dem Filterelement um einen Langpassfilter, so ist die Filterwirkung bevorzugt auf einen kurzwelligen Anteil der Primärstrahlung beschränkt, der bevorzugt unterhalb des Intensitätsmaximums liegt oder der sich auf die kurzwelligsten zwei Drittel des Spektrums der Primärstrahlung bezieht.
Bevorzugt werden durch das Filterelement der Mischstrahlung des Bauteils keine zusätzlichen, spektralen Komponenten hinzugefügt. Das Filterelement wirkt dann in dem relevanten sichtbaren Spektralbereich, etwa von 400 nm bis 750 nm, nicht als Leuchtstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ändert sich ein Filterverhalten des mindestens einen Filterelements im Spektralbereich der Primärstrahlung bei einer Temperaturänderung, bevorzugt ausschließlich im Bereich der Primärstrahlung, beispielsweise im langwelligen Anteil oder im kurzwelligen Anteil. Die Temperaturänderung erfolgt dabei bevorzugt innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs des optoelektronischen Bauteils. Der Betriebstemperaturbereich erstreckt sich beispielsweise von 270 K über Raumtemperatur bis hin zu 380 K oder 400 K. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Betriebstemperaturbereich um den Temperaturbereich, innerhalb dem üblicherweise Leuchtdioden betrieben werden. Insbesondere liegt dieser Betriebstemperaturbereich weit unterhalb der Temperaturen von thermischen Lichtquellen wie Glühlampen. Zudem ist die Lichtquelle bevorzugt frei von einem Gas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch das Filterelement eine Farbortverschiebung der Mischstrahlung bei Temperaturänderung reduziert, im Vergleich zu einem optoelektronischen Bauteil ohne ein entsprechendes Filterelement. Die Reduzierung in der Farbortverschiebung ist insbesondere durch das temperaturabhängige Filterverhalten des Filterelements bedingt. Dass das Filterverhalten temperaturabhängig ist, bedeutet insbesondere, dass abhängig von der Temperatur das Filterelement einen variablen Anteil der Primärstrahlung absorbiert.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil mindestens eine Lichtquelle zur Erzeugung einer Primärstrahlung. Durch ein Konversionselement wird ein Teil der Primärstrahlung in eine langwelligere Sekundärstrahlung umgewandelt, so dass das Bauteil im Betrieb eine Mischstrahlung emittiert, die aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung besteht. Ferner umfasst das Bauteil ein Filterelement. Ein Filterverhalten des Filterelements ändert sich dabei abhängig von der Temperatur im Spektralbereich der Primärstrahlung, innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs des optoelektronischen Bauteils. Hierdurch ist eine Farbortverschiebung der Mischstrahlung bei einer Temperaturänderung reduziert.
Bei vielen Beleuchtungsvorrichtungen, insbesondere bei auf LEDs basierenden Beleuchtungsvorrichtungen, ändert sich ein Farbort einer emittierten Strahlung in Abhängigkeit von der Temperatur. Werden beispielsweise blaues Licht emittierende Leuchtdioden verwendet, die auf dem Materialsystem AlInGaN basieren, verschiebt sich eine Emissionswellenlänge mit zunehmender Temperatur üblicherweise hin zu größeren Wellenlängen. Ebenso nimmt eine Intensität des blauen Lichts hin zu größeren Temperaturen üblicherweise ab. Verschiebt sich die Emissionswellenlänge einer blauen LED hin zu größeren Wellenlängen, so nimmt ein Überlapp mit der Augenempfindlichkeitskurve in der Regel zu, so dass die emittierte Strahlung vom menschlichen Auge als heller wahrgenommen wird.
Diese Effekte haben auch einen Einfluss auf die Anregung eines Leuchtstoffs. So ändert sich ein Anteil des blauen Lichts, der von dem Leuchtstoff absorbiert wird, in Abhängigkeit von der genauen Emissionswellenlänge der Leuchtdiode. Insbesondere ist bei einigen Leuchtstoffen eine Emission von Sekundärstrahlung geringer, wenn mit größeren Wellenlängen angeregt wird. Beispielsweise für Leuchtstoffe aus der Gruppe der mit seltenen Erden dotierten Granate, insbesondere LuGaAG:Ce, ändert sich das Absorptionsverhalten relativ stark in Abhängigkeit von der Anregungswellenlänge, wenn diese im blauen Spektralbereich liegt. Zudem nimmt eine Leuchtstoffeffizienz typischerweise hin zu höheren Temperaturen ab. Beispielsweise bei warmweißes Mischlicht emittierenden optoelektronischen Bauteilen führen diese Effekte in der Regel dazu, dass mit zunehmender Temperatur die Farbtemperatur steigt, also bläulicheres Licht emittiert wird.
Durch das hier beschriebene Filterelement lassen sich diese Effekte kompensieren, so dass in Abhängigkeit von der Temperatur der Farbort der Mischstrahlung stabilisiert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode, kurz LED. Die Leuchtdiode umfasst eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. 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.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Lichtquelle um eine Leuchtdiode, die blaues Licht emittiert. Die Leuchtdiode basiert auf dem Materialsystem AlInGaN. Die Primärstrahlung weist bevorzugt ein absolutes Intensitätsmaximum bei einer Intensitätsmaximumswellenlänge Imax auf, die bei mindestens 420 nm oder 430 nm oder 440 nm liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt die Intensitätsmaximumswellenlänge Imax bei höchstens 480 nm oder 470 nm oder 460 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Sekundärstrahlung ein absolutes Intensitätsmaximum Isek auf, das bei einer Temperatur von 300 K, also bei Raumtemperatur, bei mindestens 570 nm oder 580 nm oder 590 nm liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt das Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung bei höchstens 625 nm oder 615 nm oder 607 nm. Es ist möglich, dass eine Intensität der Sekundärstrahlung, ausgehend von dem Intensitätsmaximum Isek, hin zu größeren Wellenlängen und/oder hin zu kleineren Wellenlängen monoton abfällt, so dass dann keine Zwischenmaxima oder Zwischenminima im Spektrum der Sekundärstrahlung vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Mischstrahlung ein Intensitätsminimum Imin auf, das bei mindestens 455 nm oder 465 nm oder 470 nm oder 480 nm liegt und/oder bei höchstens 500 nm oder 490 nm oder 480 nm. Insbesondere liegt das Intensitätsminimum Imin mindestens 15 nm oder 20 nm oberhalb der Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung. Bei dem Intensitätsmaximum Imin handelt es sich insbesondere um ein relatives Intensitätsminimum, bevorzugt um das einzige relative Intensitätsminimum zwischen der Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung und dem Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement um einen Langpassfilter. Das heißt, das Filterelement transmittiert dann Strahlung mit größeren Wellenlängen und hält Strahlung mit kleineren Wellenlängen zurück, zumindest im relevanten sichtbaren Spektralbereich. Insbesondere weist das Filterelement eine Abschneidewellenlänge Lcut auf. Die Abschneidewellenlänge Lcut ist zum Beispiel diejenige Wellenlänge, bei der das Filterelement eine Transmission von 50 % aufweist und/oder bei der eine Stufe im Transmissionsverhalten bei halber Höhe liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für die Abschneidewellenlänge Lcut bei einer Temperatur von 300 K: Imax – 30 nm ≤ Lcut ≤ Imax + 25 nm oder Imax – 30 nm ≤ Lcut ≤ Imax + 10 nm oder Imax – 25 nm ≤ Lcut ≤ Imax + 5 nm oder Imax – 30 nm ≤ Lcut < Imax oder Imax – 30 nm ≤ Lcut < Imax – 5 nm oder Imax – 20 nm ≤ Lcut < Imax.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ändert sich die Abschneidewellenlänge Lcut bei einer Temperaturänderung stärker als die Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung. Insbesondere liegt die Änderung der Abschneidewellenlänge Lcut bei Temperaturerhöhung bei mindestens 0,05 nm/K oder 0,07 nm/K und/oder bei höchstens 0,2 nm/K oder 0,15 nm/K oder 0,12 nm/K. Dabei nimmt die Abschneidewellenlänge Lcut mit zunehmender Temperatur bevorzugt zu, sodass dann ein positiver Temperaturkoeffizient vorliegt. Mit anderen Worten bewegt sich dann bevorzugt bei zunehmender Temperatur, innerhalb des Betriebstemperaturbereichs, die Abschneidewellenlänge Lcut auf die Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung zu und kann diese gegebenenfalls überholen und sich anschließend bei noch höheren Temperaturen von der Intensitätsmaximumswellenlänge Imax wegbewegen. Mit anderen Worten wird dann bei zunehmender Temperatur, relativ gesehen und je nach Lage der Abschneidewellenlänge Lcut zur Intensitätsmaximumswellenlänge Imax, ein kleinerer oder, bevorzugt, ein größerer Anteil der Primärstrahlung von dem Filterelement zurückgehalten. Das heißt, der Anteil der Primärstrahlung, der von dem Filterelement betroffen ist, verschiebt sich dann bei höherer Temperatur hin zu größeren Wellenlängen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement um einen Bandpassfilter. Der Bandpassfilter weist ein Transmissionsminimum Tmin im langwelligen Anteil der Primärstrahlung auf. Hin zu größeren und hin zu kleineren Wellenlängen nimmt, ausgehend vom Transmissionsminimum, die Transmissivität des Bandpassfilters zu. Unter Transmissionsminimum wird beispielsweise diejenige Wellenlänge verstanden, bei der ein minimaler Transmissionsgrad vorliegt. Alternativ wird unter Transmissionsminimum diejenige Wellenlänge verstanden, die sich als Mittelwert zwischen denjenigen Wellenlängen ergibt, bei denen die Transmission um 50 % abgefallen ist. Mit anderen Worten liegt dann das Transmissionsminium bei derjenigen Wellenlänge, die genau mittig zwischen den Transmissionshalbwertwellenlängen liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ändert sich das Transmissionsminium des Bandpassfilters bei Temperaturänderung weniger stark als die Intensitätsmaximumswellenlänge der Primärstrahlung. Mit anderen Worten bewegt sich bei Temperaturerhöhung, ausgehend von der Raumtemperatur, die Intensitätsmaximumswellenlänge auf das Transmissionsminium hin.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine spektrale Halbwertbreite des Transmissionsminimums bei mindestens 50 % oder 60 % oder 80 % einer spektralen Halbwertbreite der Primärstrahlung. Alternativ oder zusätzlich liegt die Halbwertbreite des Transmissionsminimums bei höchstens 140 % oder 120 % oder 90 % oder 50 % einer Halbwertbreite der Primärstrahlung. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Halbwertbreite der Primärstrahlung und/oder des Transmissionsminimums zum Beispiel mindestens 10 nm oder 15 nm und/oder höchstens 30 nm oder 25 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für das Transmissionsminimum Tmin bei einer Temperatur von 300 K, bezogen auf das Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung und das Intensitätsminimum Imin der Mischstrahlung, folgendes: Imax – 15 nm ≤ Tmin ≤ (Imax + Imin)/2 + 10 nm oder Imax – 10 nm ≤ Tmin ≤ (Imax + Imin)/2 oder, bevorzugt, Imax + 15 nm ≤ Tmin ≤ Imax oder Imax + 20 nm ≤ Tmin ≤ Imax + 5 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement hinsichtlich der räumlichen Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung um ein optisch passives Element. Mit anderen Worten wird dann die räumliche Abstrahlcharakteristik durch das Filterelement nicht oder nicht signifikant beeinflusst. Insbesondere handelt es sich bei dem Filterelement dann, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, um eine planparallele, ebene Platte, die klarsichtig und nicht lichtstreuend ist. Es erfolgt dann durch das Filterelement beispielsweise ein geringfügiger Parallelversatz von Strahlung, jedoch keine Aufweitung oder Einengung der räumlichen Abstrahlcharakteristik. Das heißt, dass dann die einzige optische Funktion des Filterelements die Filterung der Primärstrahlung und/oder der Sekundärstrahlung ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filtermittel eine über die Lichtquelle hinweg variierende Dicke und/oder optische Dichte auf. Bevorzugt ist das Filtermittel über einer Mitte der Lichtquelle dicker oder optisch dichter als an einem Rand der Lichtquelle. Hierdurch ist erzielbar, dass eine mittlere Weglänge von Strahlung, insbesondere von Primärstrahlung, durch das Filtermittel hindurch entlang aller Raumrichtungen gleich oder näherungsweise gleich ist. Somit ist ein winkelabhängiger Farbeindruck der von dem optoelektronischen Bauteil emittierten Mischstrahlung homogener gestaltbar.
Beispielsweise ist das Filtermittel ähnlich einer Konvexlinse oder einer Bikonvexlinse geformt oder es sind Ränder der Lichtquelle, in Draufsicht gesehen, frei von dem Filtermittel. Alternativ ist es möglich, dass das Filtermittel eine konstante geometrische Dicke aufweist, aber eine über die Lichtquelle hinweg variierende optische Dichte. Somit ist es möglich, dass wegen der konstanten Dicke durch das Filtermittel die räumliche Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung nicht beeinflusst wird, aufgrund der variierenden optischen Dichte aber winkelabhängig das Absorptionsverhalten einstellbar ist. Dies ist etwa dadurch erreichbar, dass das Filtermittel einen Gradienten in einer Konzentration eines Filterstoffs aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung auf. Der Leuchtstoff oder die Leuchtstoffmischung beinhaltet einen oder mehrere Leuchtstoffe, insbesondere anorganische Leuchtstoffe. Der Leuchtstoff oder die Leuchtstoffmischung ist bevorzugt ausgewählt aus zumindest einem der folgenden Leuchtstoffe: Eu²⁺-dotierte Nitride wie (Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺, Sr(Ca,Sr)Si₂Al₂N₆:Eu²⁺, (Sr,Ca)AlSiN₃·Si₂N₂O:Eu²⁺, (Ca,Ba,Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺, (Sr,Ca)[LiAl₃N₄]:Eu²⁺; Granate aus dem allgemeinen System (Gd,Lu,Tb,Y)₃(Al,Ga,D)₅(O,X)₁₂:RE mit X = Halogenid, N oder zweiwertiges Element, D = drei- oder vierwertiges Element und RE = Seltenerdmetalle wie Lu₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺, Y₃(Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺; Eu²⁺-dotierte Sulfide wie (Ca,Sr,Ba)S:Eu²⁺; Eu²⁺-dotierte SiONe wie (Ba,Sr,Ca)Si₂O₂N₂:Eu²⁺; SiAlONe etwa aus dem System Li_xM_yLn_zSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n; beta-SiAlONe aus dem System Si_6-xAl_zO_yN_8-y:RE_z; Nitrido-Orthosilikate wie AE_2-x-aRE_xEu_aSiO_4-xN_x, AE_2-x-aRE_xEu_aSi_1-yO_4-x-2yN_x mit RE = Seltenerdmetall und AE = Erdalkalimetall; Orthosilikate wie (Ba,Sr,Ca,Mg)₂SiO₄:Eu²⁺; Chlorosilikate wie Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺; Chlorophosphate wie (Sr,Ba,Ca,Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺; BAM-Leuchtstoffe aus dem BaO-MgO-Al₂O₃-System wie BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺; Halophosphate wie M₅(PO₄)₃(Cl,F):(Eu²⁺,Sb³⁺,Mn²⁺); SCAP-Leuchtstoffe wie (Sr,Ba,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺. Als Leuchtstoffe sind auch die in der Druckschrift EP 2 549 330 A1 angegebenen Leuchtstoffe einsetzbar. Hinsichtlich der verwendeten Leuchtstoffe wird der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift durch Rückbezug mit aufgenommen. Außerdem können auch sogenannte Quantenpunkte als Konvertermaterial eingebracht werden. Quantenpunkte in der Form nanokristalliner Materialien, welche eine Gruppe II-VI-Verbindung und/oder eine Gruppe III-V-Verbindung und/oder eine Gruppe IV-VI-Verbindung und/oder Metall-Nanokristalle beinhalten, sind hierbei bevorzugt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Leuchtstoffmischung um eine Mischung aus (Lu,Ce)₃(Al,Ga)₅O₁₂ und (Ca,Sr,Ba,Eu)₂Si₅N₈.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Konversionselement eine Vielzahl von Leuchtstoffpartikeln. Die Leuchtstoffpartikel sind beispielsweise in ein Matrixmaterial eingebettet oder auch dicht gepackt. Alternativ kann das Konversionselement eine Leuchtstoffkeramik mit einem Keramikplättchen sein. Ist ein Matrixmaterial vorhanden, so handelt es sich bei dem Matrixmaterial bevorzugt um ein Silikon, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial, um ein Glas oder um eine Keramik.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Filterelement um einen Glasfilter. Das Filterelement liegt dann zum Beispiel als Glasplatte vor, die auf das Konversionselement aufgebracht ist. Alternativ können Filterpartikel aus dem Filtermaterial vorliegen, die ebenfalls in ein Matrixmaterial eingebettet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filterelement eine mittlere geometrische Dicke von höchstens 0,5 mm oder 0,3 mm oder 0,15 mm oder 0,1 mm auf. Mit anderen Worten ist das Filterelement dünn geformt. Eine Dicke des Filterelements kann kleiner sein als eine Dicke der Lichtquelle und/oder des Konversionselements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein mittlerer Brechungsindex des Filterelements bei einer Wellenlänge von 550 nm und bei einer Temperatur von 300 K höchstens 1,7 oder 1,62 oder 1,55. Beispielsweise liegt dieser Brechungsindex des Filterelements um höchstens 0,2 oder 0,15 über oder unter einem mittleren Brechungsindex des Konversionselements. Solche vergleichsweise niedrigen Brechungsindices sind erzielbar, wenn es sich bei dem Filterelement um einen Glasfilter handelt oder wenn Filterpartikel in ein Matrixmaterial etwa aus einem Silikon eingebettet sind. Ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und den Filterpartikeln liegt bei Raumtemperatur bevorzugt bei höchstens 0,1 oder 0,05 oder 0,02 oder 0,01.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Filterelement dem Konversionselement optisch nachgeordnet. Dies bedeutet, entlang einer Hauptabstrahlrichtung innerhalb des optoelektronischen Bauteils folgt das Filterelement dem Konversionselement vollständig oder mindestens teilweise nach. Es ist möglich, dass das Konversionselement vollständig und unmittelbar von dem Filterelement bedeckt ist. Besonders bevorzugt sind das Filterelement, das Konversionselement sowie die Lichtquelle innig miteinander verbunden, so dass sich diese Komponenten im bestimmungsgemäßen Gebrauch des optoelektronischen Bauteils nicht voneinander lösen. Ferner bevorzugt sind das Filterelement, das Konversionselement und die Lichtquelle zusammen als eine einzige Einheit handhabbar, beispielsweise mit einer Pinzette oder einer Bestückungsmaschine, englisch Pick and Place-Machine.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen der Lichtquelle und dem Filterelement kein Zwischenraum und kein Spalt. Das bedeutet, zwischen dem Filterelement und der Lichtquelle befindet sich dann kein Bereich, der evakuiert, gasgefüllt oder mit einer Flüssigkeit ausgefüllt ist. Somit befinden sich dann zwischen der Lichtquelle und dem Filterelement lediglich Feststoffe. Alternativ ist ein Spalt zwischen dem Filterelement und der Lichtquelle, insbesondere zwischen dem Filterelement und dem Konversionselement, vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich das Filterelement nahe an der Lichtquelle. Dies kann bedeuten, dass ein mittlerer Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Filterelement höchstens 0,2 mm oder 0,1 mm oder 0,075 mm beträgt. Alternativ kann sich das Filterelement weiter von der Lichtquelle entfernt befinden, zum Beispiel an einer Seite eines Volumenvergusses, die der Lichtquelle abgewandt ist. Ein mittlerer Abstand liegt dann bevorzugt bei höchstens 2 mm oder 1 mm und/oder bei mindestens 0,15 mm oder 0,3 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt über den Betriebstemperaturbereich hinweg eine Farbortänderung der Mischstrahlung im bestimmungsgemäßen Gebrauch des optoelektronischen Bauteils höchstens 0,002 oder 0,0015 oder 0,001, bezogen auf die CIE-xy-Normfarbtafel. Solche kleinen Farbortänderungen sind vom menschlichen Auge nicht auflösbar. Hierdurch wird über den gesamten Betriebstemperaturbereich hinweg erzielt, dass sich für einen Betrachter der Farbort der Mischstrahlung nicht wahrnehmbar ändert.
Insbesondere bei Geräten, die üblicherweise nur vergleichsweise kurze Zeit betrieben werden, sind Farbortänderungen während eines Aufheizvorgangs hin von Raumtemperatur zu einer stationären Betriebstemperatur für einen Betrachter unerwünscht. Bei solchen Geräten mit nur kurzen oder mittleren Einschaltzeiten handelt es sich beispielsweise um Mobiltelefone oder Displays in Fotoapparaten oder auch um Touchscreens bei Informationsschaltern. Speziell bei modernen Bildwiedergabegeräten wie Smartphones oder tragbaren Computern mit einer sehr hohen Bildschirmauflösung und Farbwiedergabequalität sind Farbortänderungen während der ersten Betriebsminuten, beispielsweise innerhalb der ersten zehn oder zwanzig Minuten, störend. Durch das hier beschriebene optoelektronische Bauteil sind derartige Farbortverschiebungen vermeidbar und eine hohe Bildwiedergabequalität bereits vom Einschalten des Geräts an ist realisierbar.
Alternative Lösungen, um einen Farbort hinsichtlich der Betriebstemperaturänderung zu stabilisieren, sind die Wahl spezieller Leuchtstoffmischungen. Diese sind jedoch kostenintensiv und auch nicht für alle gewünschten Emissionswellenlängenbereiche ohne weiteres verfügbar. Auch ist durch Leuchtstoffmischungen üblicherweise die Farbortverschiebung in Abhängigkeit von der Temperatur nur reduzierbar, aber nicht verhinderbar. Ebenso ist es alternativ möglich, durch Temperatursensoren oder spektral sensitive Sensoren in Kombination mit einer Ansteuerelektronik die Emissionsfarbe zu stabilisieren. Solche Ansteuerelektroniken sind allerdings vergleichsweise aufwändig und kostenintensiv. Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil sind keine derartigen Sensoren oder Ansteuerelektroniken vonnöten. Somit kann das Bauteil frei von entsprechender Ansteuerelektronik zur Farbortstabilisierung und von Sensoren etwa für Temperatur oder Emissionsfarbe sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt das Filterelement nicht streuend. Hierbei ist es aber möglich, dass das Filterelement insbesondere zu einer Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz oder zu einer Einstellung einer richtungsabhängigen Emission an einer Oberfläche eine Aufrauung, etwa durch Sandbestrahlung oder durch Ätzen oder durch Schleifen, aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Filterelement weitere optisch aktive Komponenten auf. Beispielsweise sind dem Filterelement lichtstreuende Partikel etwa aus Aluminiumoxid oder Titandioxid beigesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Filterelement auf die Lichtquelle und/oder das Konversionselement aufgeklebt. Alternativ kann das Filterelement durch eine Schichtabscheidetechnik wie Drucken oder Aufsprühen erzeugt sein. Zu einem Schutz des Filterelements ist es möglich, dass das Filterelement vollständig von einem weiteren Material, etwa einem Kleber oder einer Glasschicht, umgeben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert das optoelektronische Bauteil im bestimmungsgemäßen Gebrauch weißes Licht. Weißes Licht kann bedeuten, dass ein Farbort der emittierten Mischstrahlung einen Abstand zur Schwarzkörperkurve in der CIE-Normfarbtafel von höchstens 0,05 oder 0,03 Einheiten aufweist. Eine korrelierte Farbtemperatur des weißen Mischlichts liegt bevorzugt bei mindestens 2500 K oder 2800 K und/oder bei höchstens 5000 K oder 4500 K oder 4000 K, beispielsweise zwischen einschließlich 2500 K und 4000 K, insbesondere um 3000 K. Mit anderen Worten kann es sich bei dem weißen Licht um warmweißes Licht handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das hier beschriebene optoelektronische Bauteil in der Allgemeinbeleuchtung oder im Automobilbereich eingesetzt, beispielsweise in der Innenbeleuchtung eines Autos oder für Rücklichter. Ebenso ist es möglich, hier beschriebene Bauteile in Bildaufzeichnungsgeräten etwa als Blitz oder als Dauerbeleuchtung einzusetzen. Ebenso können hier beschriebene Bauteile als Beleuchtungsquellen für spektroskopische Anwendungen herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauteil mehr als eine Lichtquelle auf. Insbesondere beinhaltet das Bauteil mehrere Leuchtdiodenchips. Diese Leuchtdiodenchips können die gleiche Emissionscharakteristik aufweisen oder auch in unterschiedlichen Farben emittieren. Das Filterelement kann allen Leuchtdiodenchips gemeinsam nachgeordnet sein oder es können Gruppen von Leuchtdiodenchips einem einzigen Filterelement zugeordnet sein oder auch jedem Filterelement ist eineindeutig genau ein Leuchtdiodenchip zugeordnet.
Abweichend von den obigen Ausführungsformen ist es alternativ möglich, dass die Primärstrahlung vollständig von dem Konversionselement in eine Sekundärstrahlung umgewandelt wird. Zu einer Farbortstabilisierung ist es in diesem Fall möglich, dass sich das Filterelement zwischen der Lichtquelle und dem Konversionselement befindet.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil 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 6 schematische Darstellungen von spektralen Eigenschaften von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen, und
7 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Bauteilen.
In 1 sind die optischen Eigenschaften eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Bauteils 1 gezeigt, siehe auch 7, im Vergleich zu einem Bauteil 9 ohne ein Filterelement 5. Das Bauteil 1 umfasst als Lichtquelle 3 für eine Primärstrahlung P einen Leuchtdiodenchip, der blaues Licht mit einer Dominanzwellenlänge von 445 nm emittiert. Der Lichtquelle 3 ist ein Konversionselement 4 zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung S nachgeordnet. Das Konversionselement 4 umfasst eine Mischung aus den beiden Leuchtstoffen (Lu,Ce)₃(Al,Ga)₅O₁₂ und (Ca,Sr,Ba,Eu)₂Si₅N₈.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil 1 befindet sich über dem Konversionselement 4 ein Filterelement 5. Bei dem Filterelement 5 handelt es sich um einen Glasfilter der Firma Schott, Modell GG455, mit einer Dicke von 0,14 mm, der aus einem Filter einer Ursprungsdicke von 3 mm hergestellt wurde.
Entsprechende optoelektronische Bauteile 1 sind hinsichtlich der Anordnung der Komponenten in 7 dargestellt.
In 1A sind Emissionsspektren des Bauteils 1 mit Filter und des Bauteils 9 ohne Filter bei 300 K dargestellt, wobei die Intensität I in willkürlichen Einheiten gegenüber der Wellenlänge λ in nm aufgetragen ist. Durch das Filterelement 5 ist im Wesentlichen nur im Bereich der Primärstrahlung P bei dem erfindungsgemäßen Bauteil 1 die Intensität einer insgesamt emittierten Mischstrahlung M reduziert. Oberhalb von etwa 460 nm ist nur ein sehr kleiner, nicht signifikanter Einfluss des Filterelements 5 auf die Mischstrahlung M festzustellen. Mit dem Filterelement 5 in dem Bauteil 1 geht eine Farbortverschiebung einher, siehe den Ausschnitt aus der CIE-Normfarbtafel in 1B.
Ein Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung liegt bei ungefähr 440 nm. Die Sekundärstrahlung S weist ein Intensitätsmaximum Isek bei ungefähr 600 nm auf. Eine spektrale Halbwertbreite der Sekundärstrahlung S liegt bei ungefähr 140 nm und ist damit deutlich größer als eine spektrale Halbwertbreite der Primärstrahlung P. Zwischen dem Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung P und dem Intensitätsmaximum Isek der Sekundärstrahlung S befindet sich ein Intensitätsminimum Imin der Mischstrahlung M. Dieses Minimum Imin liegt bei ungefähr 470 nm. Die Primärstrahlung P und die Sekundärstrahlung S bilden zusammen die von dem Bauteil emittierte Mischstrahlung M, deren Farbort in 1B dargestellt ist.
In der Tabelle in 1C sind fotometrische Daten für das optoelektronische Bauteil 1 mit Filterelement und das Bauteil 9 ohne Filterelement zusammengefasst. Aufgelistet sind die CIE-Farbortkoordinaten, eine Lichtleistung Phie in Watt, ein Lichtstrom Phiv in Lumen, der Farbwiedergabeindex Ra8, kurz CRI, sowie der Farbwiedergabeindex R9. Insbesondere hinsichtlich des Lichtstroms Phiv in Lumen ergibt sich durch das Filterelement 5 keine signifikante Einbuße.
In 2 ist das Temperaturverhalten des Bauteils 9 ohne Filterelement illustriert, siehe die Spektren in 2A sowie den Ausschnitt aus der CIE-Normfarbtafel in 2B. Ausgehend von Raumtemperatur, hier 24 °C, hin zu einer stationären Betriebstemperatur von 120 °C verschiebt sich ein Farbort der Mischstrahlung M‘ hin in den blauen Bereich der CIE-Normfarbtafel. Diese Verschiebung beträgt ungefähr 0,01 Einheiten und ist damit für das menschliche Auge wahrnehmbar.
In 3A sind die temperaturabhängigen Spektren der Mischstrahlung M für ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil 1 gezeigt. In 3B sind die zugehörigen Ausschnitte aus der CIE-Normfarbtafel zu sehen. Als Filter wird bei dem Ausführungsbeispiel der 3 hierbei ein Glasfilter der Firma Schott, Model GG455, Dicke 0,14 mm, hergestellt aus einem Filter mit einer Ursprungsdicke von 3 mm, verwendet.
In 3A ist ferner die wellenlängenabhängige Transmission T des Filterelements 5 gezeigt. Bei Raumtemperatur liegt eine Abschneidewellenlänge Lcut des Filterelements 5 ungefähr 5 nm bis 10 nm unterhalb des Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung P. Mit zunehmender Temperatur hin zur stationären Betriebstemperatur verschiebt sich die Abschneidewellenlänge Lcut hin zu größeren Wellenlängen, und zwar stärker als das Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung P. Hierdurch steigt ein Überlapp der Filterkurve mit der Primärstrahlung P, so dass eine Verschiebung des Farborts der Mischstrahlung M in den blauen Bereich der CIE-Normfarbtafel durch das Filterelement 5 unterbunden wird. Zumindest bei Raumtemperatur ist die Wirkung des Filterelements 5 im Wesentlichen auf einen kurzwelligen Anteil der Primärstrahlung P beschränkt. Wie aus 3B zu sehen, ist der Farbort der Mischstrahlung M über die Betriebstemperatur hinweg in einen Bereich von 0,0015 Einheiten stabilisiert. Derart kleine Unterschiede im Farbort der Mischstrahlung M sind vom menschlichen Auge nicht mehr auflösbar.
In 4 sind die Transmissionskurven a, b, c eines Glasfilters der Firma Schott, Modell GG455, für verschiedene Filterdicken gezeigt. Für die Kurve a liegt die Dicke bei 3 mm, für die Kurve b bei 1,5 mm und für die Kurve c bei 0,4 mm. Mit abnehmender Dicke des Filters verschiebt sich die Abschneidewellenlänge Lcut hin zu kleineren Wellenlängen. Mit anderen Worten ist bei einem zur Verfügung stehenden Standardfilter durch eine Veränderung der Dicke, insbesondere durch ein Verringern der Dicke, die benötigte Abschneidewellenlänge Lcut einstellbar. Insbesondere weist das optoelektronische Bauteil 1 einen veränderten Standardfilter auf, dessen Abschneidewellenlänge Lcut durch eine Dickenänderung gezielt eingestellt ist. Mit anderen Worten liegt in dem Bauteil 1 dann kein Filter mit einer Standarddicke vor.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 illustriert. Als Filterelement 5 dient ein Glasfilter des Herstellers Hoya, Typ HY1, mit einer Dicke von 0,28 mm. Dieser Filter wurde speziell auf diese Dicke gedünnt. Das resultierende Transmissionsspektrum des Filterelements 5 ist in 5A gezeigt, ebenso die Mischstrahlungsspektren M, M‘ des Bauteils 1 mit Filter und eines Bauteils 9 ohne Filter. Eine Wirkung des Filterelements 5 ist im Wesentlichen auf einen langwelligen Anteil B der Primärstrahlung P beschränkt. Der langwellige Anteil B liegt dabei zwischen der Intensitätsmaximumswellenlänge Imax der Primärstrahlung, insbesondere vor Durchgang durch das Filterelement 5, und der Intensitätsminimumswellenlänge Imin der Mischstrahlungen M, M‘.
In 5B sind die temperaturabhängigen Emissionsspektren der Mischstrahlung M gezeigt, für ein Bauteil 1 mit dem Filterelement 5, wie in Verbindung mit 5A beschrieben. Der zugehörige Farbortverlauf in der CIE-Normfarbtafel ist in 5C gezeigt. Der Farbort ist bis auf ungefähr 0,005 Einheiten stabilisiert.
Der in Verbindung mit 5 dargestellte Filter weist bei Temperaturänderung eine kleinere Veränderung eines Transmissionsminimums Tmin auf als eine Änderung der Wellenlänge Imax maximaler Intensität der Primärstrahlung P. Mit zunehmender Temperatur schiebt sich daher die Primärstrahlung P zunehmend in den Absorptionsbereich des Filterelements 5. Hierdurch wird der Blauanteil in der Mischstrahlung M mit zunehmender Temperatur durch das Filterelement 5 verstärkt zurückgehalten. Somit ist die Verschiebung des Farborts der Mischstrahlung M hin in den blauen Bereich der CIE-Normfarbtafel reduzierbar.
Anstelle der hier beschriebenen Filtertypen können auch andere Filtertypen oder Kombinationen von Filtern Verwendung finden. Es können jeweils organische oder, bevorzugt, anorganische Filter oder Filtermischungen eingesetzt werden.
Gemäß 5A wird als Transmissionsminimum Tmin diejenige Wellenlänge bezeichnet, die sich als Mittelwert zwischen denjenigen Werten ergibt, bei dem die Transmission T des Filterelements 5 auf 50 % eines maximalen Werts angelangt ist. Mit anderen Worten liegt das Transmissionsminimum Tmin mittig zwischen den Halbwerthöhen des Transmissionsminimums. Das Transmissionsminimum liegt einige nm hin zu höheren Wellenlängen, ausgehend von dem Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung P. Insbesondere liegt das Transmissionsminimum Tmin zwischen dem Intensitätsmaximum Imax der Primärstrahlung P und dem Intensitätsminimum Imin der Mischstrahlung M.
In 6 ist ein Spektrum der Mischstrahlung M‘ vor Durchgang durch einen Filter gezeigt, welches auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen kann. Anders als die Spektren der 1 bis 5 weist die Sekundärstrahlung S‘ der 6 vor Durchgang durch das nicht gezeichnete Filterelement mehrere Maxima auf. Eine solche Sekundärstrahlung S‘ ist beispielsweise durch die Verwendung mehrerer verschiedener, spektral schmalbandig emittierender Leuchtstoffe, insbesondere Quantenpunkten, erzielbar. Bei einer solchen Sekundärstrahlung S‘ mit mehreren Maxima kann als Bezugsgröße Isek, abweichend von den 1 bis 5, ein arithmetischer Mittelwert aller Maxima herangezogen werden. Alternativ kann als Bezugsgröße Isek ein Mittelwert der Sekundärstrahlung S‘ herangezogen werden, wobei links und rechts von dem Mittelwert dann gleich große Flächen des Spektrums der Sekundärstrahlung S‘ liegen und wobei nur Spektralanteile mit einer Intensität von mindestens 5 % einer maximalen Intensität der Sekundärstrahlung S‘ berücksichtigt werden.
In 7 sind verschiedene Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Bauteils 1 gezeigt. Gemäß 7A ist die Lichtquelle 3 ein Leuchtdiodenchip, der auf einen Träger 2 aufgebracht ist. Unmittelbar über dem Leuchtdiodenchip 3 befindet sich das Konversionselement 4, auf dem direkt das Filterelement 5 aufgebracht ist. Direkt aufgebracht schließt nicht aus, dass sich ein Verbindungsmittel wie ein Klebstoff zwischen den jeweiligen Komponenten befindet. Optional sind die Lichtquelle 3, das Filterelement 5 sowie das Konversionselement 4 lateral von einem Reflektorverguss 6 umgeben.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in 7B gezeigt, weist das Filterelement 5 eine variierende Dicke auf und ist konvex geformt. Über einer Mitte der Lichtquelle 3 weist das Filterelement 5 eine größere Dicke auf als an einem Rand.
In 7C ist zu sehen, dass sich das Filterelement 5 nicht auf die gesamte Lichtquelle 3 erstreckt. An einem Rand ist somit die Lichtquelle 3 frei von dem Filterelement 5, in Draufsicht gesehen. Hierdurch ist, in Abhängigkeit von einem Emissionswinkel, eine homogenere Abstrahlung hinsichtlich des Farborts erzielbar.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in 7D gezeigt, sind das Konversionselement 4 sowie das Filterelement 5 kappenartig in einer Schicht mit einer konstanten Dicke rings um die Lichtquelle 3 herum geformt.
Gemäß 7E ist das Filterelement 5 als Glasplättchen auf das Konversionselement 4 aufgebracht. Das Konversionselement 4 ist beispielsweise als Volumenverguss um die Lichtquelle 3 herum gestaltet und befindet sich in einer Ausnehmung des Trägers 2. Abweichend von 7E ist es möglich, dass die Ausnehmung in dem Träger 2 passgenau für das Filterelement 5 gestaltet ist und dass sich dann das Filterelement 5 innerhalb der Ausnehmung befindet.
In 7F ist dargestellt, dass das Konversionselement 4 den Halbleiterchip 3 kappenartig umgibt, wodurch das Filterelement 4 als dünne, gleichmäßig dicke Schicht geformt ist. Das Filterelement 5 ist als Volumenverguss ausgebildet. Beispielsweise befinden sich Glaspartikel eines Filtermaterials in einer Matrix etwa aus einem Silikon oder einem Glas. Dabei weist das Matrixmaterial und die Filterpartikel den gleichen oder ähnliche Brechungsindices auf, so dass das Filterelement 5, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, klarsichtig ist und nicht streuend wirkt.
Im Ausführungsbeispiel der 7G sind das Konversionselement 4 und das Filterelement 5 zu einem einzigen Element zusammengefasst. Beispielsweise sind Leuchtstoffpartikel und gleichzeitig Filterpartikel in einem Matrixmaterial untergebracht.
Im Ausführungsbeispiel der 7H sind ein erster Klarverguss 7a um die Lichtquelle 3, das Konversionselement 4 und das Filterelement 5 vorhanden. Ferner ist optional ein zweiter Klarverguss 7b aufgebracht, der linsenförmig gestaltet sein kann. Entsprechende Klarvergüsse 7a und/oder 7b können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein, ebenso wie optische Elemente wie Linsen. Abweichend von 7H ist es möglich, dass sich das Filterelement zwischen den beiden Klarvergüssen 7a, 7b befindet.
Bevorzugt ist das Filterelement 5 jeweils klarsichtig und damit nicht streuend gestaltet. Alternativ ist es möglich, dass das Filterelement 5 zusätzlich Lichtstreupartikel oder Diffusoren aufweist. Ebenfalls abweichend von der Darstellung kann das Filterelement 5 an einer der Lichtquelle 3 abgewandten Seite mit einer Strukturierung, etwa zu einer Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz, versehen sein.
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.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Bauteil
2: Träger
3: Lichtquelle / LED
4: Konversionselement
5: Filterelement
6: Reflektorverguss
7: Klarverguss
9: Bauteil ohne Filterelement
B: langwelliger Anteil der Primärstrahlung
I: Intensität in willkürlichen Einheiten (a.u.)
Imax: Intensitätsmaximumswellenlänge der Primärstrahlung
Imin: Intensitätsminimumswellenlänge der Mischstrahlung
Isek: Intensitätsmaximumswellenlänge der Sekundärstrahlung
λ: Wellenlänge in nm
Lcut: Abschneidewellenlänge des Filterelements
M: Mischstrahlung
P: Primärstrahlung
S: Sekundärstrahlung
T: Transmission des Filterelements
Tmin: Transmissionsminimum des Filterelements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2549330 A1 [0028]

Claims

Optoelektronisches Bauteil (1) mit – mindestens einer Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Primärstrahlung (P), – einem Konversionselement (4), durch das ein Teil der Primärstrahlung (S) in eine langwelligere Sekundärstrahlung (S) umgewandelt wird, sodass das Bauteil (1) im Betrieb eine Mischstrahlung (M) emittiert, die aus der Primärstrahlung (P) und der Sekundärstrahlung (S) besteht, und – einem Filterelement (5), wobei sich ein Filterverhalten des Filterelements (5) im Spektralbereich der Primärstrahlung (P) bei einer Temperaturänderung innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs des Bauteils (1) ändert, sodass eine Farbortverschiebung der Mischstrahlung (M) bei einer Temperaturänderung durch das Filterelement (5) reduziert ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem – die Lichtquelle (3) eine blaues Licht emittierende AlInGaN-Leuchtdiode ist und die Primärstrahlung (P) eine Intensitätsmaximumswellenlänge Imax zwischen einschließlich 420 nm und 470 nm aufweist, – die Sekundärstrahlung (S) ein Intensitätsmaximum Isek aufweist, das bei 300 K zwischen einschließlich 580 nm und 615 nm liegt, und – die Mischstrahlung (M) ein Intensitätsminimum Imin zwischen einschließlich 455 nm und 500 nm aufweist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – das Filterelement (5) ein Langpassfilter ist mit einer Abschneidewellenlänge Lcut, wobei bei 300 K gilt: Imax – 30 nm < Lcut ≤ Imax, und – bei einer Temperaturänderung sich die Abschneidewellenlänge Lcut stärker ändert als die Intensitätsmaximumswellenlänge Imax.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem sich die Abschneidewellenlänge Lcut bei einer Temperaturerhöhung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten zwischen einschließlich 0,05 nm/K und 0,15 nm/K ändert.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem – das Filterelement (5) ein Bandpassfilter ist mit einem Transmissionsminimum Tmin in einem langwelligen Anteil (B) der Primärstrahlung (P), und – bei einer Temperaturänderung sich das Transmissionsminimum Tmin im langwelligen Anteil (B) weniger ändert als die Intensitätsmaximumswellenlänge Imax.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach Anspruch 2 und nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem – eine spektrale Halbwertbreite des Transmissionsminimums Tmin zwischen einschließlich dem 0,5Fachen und dem 1,4Fachen einer spektralen Halbwertbreite der Primärstrahlung (P) liegt, und – für das Transmissionsminimum Tmin bei 300 K gilt: Imax – 15 nm ≤ Tmin ≤ (Imax + Imin)/2 + 10 nm.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filterelement (5) hinsichtlich der räumlichen Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung (M) optisch passiv ist, sodass durch das Filterelement (5) keine Veränderung der räumlichen Abstrahlcharakteristik der Mischstrahlung (M) erfolgt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filtermittel (5) eine über die Lichtquelle (3) hinweg variierende Dicke aufweist, sodass in einer Mitte der Lichtquelle (3) das Filtermittel (5) eine größere Dicke aufweist als an einem Rand der Lichtquelle (3), in einem Querschnitt gesehen.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – das Konversionselement (4) eine Leuchtstoffmischung aus (Lu,Ce)₃(Al,Ga)₅O₁₂ und (Ca,Sr,Ba,Eu)₂Si₅N₈ ist, – das Konversionselement (4) eine Vielzahl von Leuchtstoffpartikeln aufweist, die in ein Matrixmaterial eingebettet sind, das ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, und – das Filterelement (5) ein Glasfilter ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Filterelement (5) eine mittlere geometrische Dicke von höchstens 0,3 mm aufweist, wobei ein mittlerer Brechungsindex des Filterelements (5) bei einer Wellenlänge von 550 nm und bei einer Temperatur von 300 K höchstens 1,62 beträgt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – der Betriebstemperaturbereich zwischen einschließlich 270 K und 400 K liegt und Temperaturänderungen innerhalb des Betriebstemperaturbereichs erfolgen, und – das Filterelement (5) dem Konversionselement (4) optisch nachgeordnet ist.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Zwischenraum zwischen der Lichtquelle (3) und dem Filterelement (5) vollständig mit mindestens einem Feststoff ausgefüllt ist, sodass sich zwischen der Lichtquelle (3) und dem Filterelement (5) kein Spalt befindet, wobei ein mittlerer Abstand zwischen der Lichtquelle (3) und dem Filterelement (5) höchstens 0,2 mm beträgt.
Optoelektronisches Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Farbortänderung der Mischstrahlung (M) über den Betriebstemperaturbereich hinweg höchstens 0,002 beträgt.