DE102017108698A1

DE102017108698A1 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102017108698A1
Application number: DE102017108698.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Schmidberger; Jörg Frischeisen; Angela Eberhardt; Daniel Bichler; Mathieu Rayer; Sergey Kudaev
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (10) angegeben. Das Bauelement (10) umfasst eine Primärlichtquelle (1), die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Primärstrahlung (P) zu emittieren und einen Lichtleiter (2), der im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung (P) angeordnet ist und einen Kern (2a) aufweist, wobei der Kern (2a) zumindest ein Konvertermaterial umfasst, das dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung (P) zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Optoelektronische Bauelemente weisen häufig eine lichtemittierende Diode oder Laserdiode als Primärstrahlungsquelle und ein Konversionselement auf. In dem Konversionselement wird die von der Primärstrahlungsquelle emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung konvertiert. Die Primärstrahlung weist dabei häufig eine kleine Etendue auf.
Die Etendue misst die Ausdehnung eines Strahlenbündels in der geometrischen Optik und setzt sich aus dem Querschnitt und dem Raumwinkel zusammen. Für ein infinitesimales Strahlenbündel ist die infinitesimale Etendue definiert als $d E = (d \vec{a} * \vec{k}) d Ω .$
Dabei ist Ω der Raumwinkel, $\vec{a}$
der Flächenvektor des Querschnitts und $\vec{k}$
der auf den Brechungsindex normierte Richtungsvektor der Strahlung. Die Etendue ist eine Erhaltungsgröße der geometrischen Optik, das heißt, sie kann nur vergrößert und nicht verkleinert werden. Die Etendue ist einem Fachmann bekannt.
Da die Konversion der Primärstrahlung in der Regel ungerichtet erfolgt, ist diese mit einer unvorteilhaften Erhöhung der Etendue verbunden. Die Sekundärstrahlung weist damit im Vergleich zu der Primärstrahlung eine erhöhte Etendue auf. Der Anstieg der Etendue wird umso größer, je größer das Volumen und/oder die Strahlungsaustrittsfläche des Konversionselements ist. Eine Verkleinerung des Volumens des Konversionselements führt jedoch zu einem Wärmestau der durch die Konversion entstehenden Wärme. Dies führt unter anderem zu einer Reduktion der Strahldichte und zu einer Veränderung des Farborts sowie zu einem frühzeitigen Ausfall des Bauelements.
Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das eine Gesamtstrahlung mit einer kleinen Etendue und einer hohen Strahldichte aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Die Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement, angegeben. Das optoelektronische Bauelement umfasst eine Primärlichtquelle, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren. Weiter umfasst das optoelektronische Bauelement einen Lichtleiter, der im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet ist. Der Lichtleiter weist einen Kern auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleiter einen Kern und eine Hülle auf. Insbesondere umgibt oder ummantelt die Hülle den Kern zumindest teilweise. Bevorzugt umgibt oder ummantelt die Hülle den Kern vollständig. Der Lichtleiter kann insbesondere aus dem Kern und der Hülle bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Kern des Lichtleiters ein Konvertermaterial, das dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren.
Dass das Konvertermaterial die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, kann zum einen bedeuten, dass die elektromagnetische Primärstrahlung teilweise von dem Konvertermaterial absorbiert und als elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der Primärstrahlung verschiedenen, insbesondere längeren Wellenlängenbereich emittiert wird. Ein Teil der absorbierten Primärstrahlung wird dabei als Wärme von dem Konvertermaterial abgegeben. Die entstehende Wärme geht unter anderem auf eine Stokes-Verschiebung und auf nicht strahlende Prozesse zurück. Gemäß dieser Ausführungsform emittiert das Bauelement eine Gesamtstrahlung, die sich aus der Primär- und der Sekundärstrahlung zusammensetzt.
Dass das Konvertermaterial zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert, kann auch bedeuten, dass die elektromagnetische Primärstrahlung nahezu vollständig durch das Konvertermaterial absorbiert und in Form einer elektromagnetischen Sekundärstrahlung und in Form von Wärme abgegeben wird. Die emittierte Gesamtstrahlung des optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform entspricht somit vollständig oder nahezu vollständig der elektromagnetischen Sekundärstrahlung. Unter nahezu vollständiger Konversion ist eine Konversion über 90 Prozent, insbesondere über 95 Prozent, zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleiter eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche auf. Insbesondere wird über die Lichteintrittsfläche die elektromagnetische Primärstrahlung, bevorzugt vollständig, in den Lichtleiter beziehungsweise in den Kern des Lichtleiters eingekoppelt. Über die Lichtaustrittsfläche wird insbesondere die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung nach außen abgestrahlt. Die nach außen abgestrahlte Strahlung kann auch als Gesamtstrahlung bezeichnet werden. Die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche weisen bevorzugt eine runde, ovale, quadratische oder rechteckige Querschnittsfläche auf. Besonders bevorzugt sind die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche auf sich gegenüberliegenden Enden des Lichtleiters angeordnet.
Erfindungsgemäß wird die Primärstrahlung somit in dem Kern des Lichtleiters zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung konvertiert und die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung durch den Kern des Lichtleiters geführt. Die Führung des Lichts und somit die optische Wellenleitung, erfolgt dabei insbesondere durch die Wahl des Materials der Hülle. Es können hierbei alle bekannten Lichtleiter eingesetzt werden, wobei jedoch der Kern des Lichtleiters ein Konvertermaterial enthält. Beispielsweise kann die Lichtführung mittels optischer Bandlücken („guidance based on optical band gaps“), mittels Brechungsindexunterschiede des Materials des Kerns und der Hülle („index based guidance“), mittels eines hoch reflektierenden Materials der Hülle („highly-reflective coating based guidance“), durch optisch leitende Metamaterialien oder mittels Bragg-Reflexion erfolgen.
Metamaterialien sind insbesondere künstliche, bevorzugt periodische Strukturen, die kleiner sind, beispielsweise kleiner als ein Viertel, als die Wellenlänge der Strahlung, die durch den Kern geführt wird. Insbesondere sind Metamaterialien so konzipiert, dass ein spezieller Effekt erreicht wird. Zum Beispiel können Metamaterialien mit negativem Realteil des Brechungsindex erstellt werden.
Eine Lichtführung mittels Bragg-Reflexion kann durch sogenannte Bragg-Fasern erfolgen, wobei ein dielektrisches Multilagensystem als Hülle des Lichtleiters eingesetzt wird. Das auf die Hülle treffende Licht wird nach Bragg-Kriterien reflektiert und so durch den Kern des Lichtleiters geleitet.
Eine Lichtleitung mittels optischer Bandlücken wird beispielsweise bei photonischen Kristallfasern realisiert. Bei photonischen Kristallfasern kann insbesondere durch sogenannte Large Mode-Area Fasern eine effiziente Lichtführung erzielt und zugleich eine hohe Konversionseffizienz erhalten werden. Large Mode-Area Fasern sind Lichtleiter, die eine große Leitungsfläche und damit große Fläche der Moden aufweisen. Large Mode-Area Fasern sind damit insbesondere Lichtleiter mit einem großen Kernduchmesser. Im Vergleich zu Lichtleitern mit kleinem Kerndurchmesser ist eine effiziente Lichtführung und effiziente Konversion möglich, da die Bestrahlungsstärke im Kern des Lichtleiters im Vergleich zu Lichtleitern mit geringeren Kerndurchmessern signifikant geringer ist. Mit anderen Worten ist der Strahlungsfluss pro Querschnittsfläche im Kern des Lichtleiters umso geringer je größer der Durchmesser des Kerns des Lichtleiters ist. Je geringer der Strahlungsfluss pro Querschnittsfläche, desto geringer ist die Bestrahlungsstärke, die auf die Konvertermaterialien trifft, was zu weniger Quenching und dadurch zu einer erhöhten Konversionseffizienz führt.
Photonische Kristallfasern können zudem so konstruiert werden, dass diese monomodig sind, das heisst es wird nur die fundamentale räumliche Mode in der Faser geführt, während höhere Moden stark gedämpft sind, und gleichzeitig einen hohen Modendurchmesser aufweisen, was für Anwendungen, welche monomodische Strahlung benötigen, vorteilhaft ist.
Photonische Kristallfasern können auch so konstruiert werden, dass diese nur die fundamentale räumliche Mode führen. So ausgestaltete photonische Kristallfasern weisen somit keinen sog. Single Mode Cutoff auf. Der Single Mode Cutoff ist eine Wellenlänge unterhalb welche der Lichtleiter neben der fundamentalen Mode auch noch weitere Moden führt. Die fundamentale Mode, insbesondere Gauß-artige-Mode lässt sich sehr gut nutzen, vor allem bei Anwendungen des optoelektronischen Bauelements bei denen höhere Modenordnungen unerwünscht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Lichtleiter aus dem Kern. Insbesondere erfolgt die Führung der Primär- und der Sekundärstrahlung durch totale interne Reflektion der Strahlung an der Mediengrenze des Glases des Kerns zu Luft, da das Glas einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleiter stabförmig ausgeformt. Insbesondere ist der Kern stabförmig ausgeformt und von der Hülle vollständig ummantelt. Mit anderen Worten ist die Mantelfläche des Kerns vollständig von der Hülle bedeckt. Der Kern beziehungsweise der Lichtleiter kann dabei beispielsweise eine runde, ovale, quadratische oder rechteckige Querschnittsfläche aufweisen. Stabförmig bedeutet insbesondere, dass die Länge des Lichtleiters ein Vielfaches des Durchmessers der Querschnittsfläche des Lichtleiters beziehungsweise des Kerns beträgt. Das heißt, dass sich der Lichtleiter beziehungsweise der Kern nicht in jede Raumrichtung gleich weit erstreckt, sondern die Ausdehnung in Längsrichtung größer ist als die laterale Ausdehnung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleiter und/oder der Kern des Lichtleiters eine Länge zwischen 5 mm und 10 Metern, bevorzugt zwischen 1 cm und einem Meter auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Kern des Lichtleiters ein anorgaisches oder organisches Material auf, insbesondere ein Glas oder eine keramische Matrix oder einen transparenten Kunststoff, in dem das Konvertermaterial eingebettet ist. Insbesondere ist das Glas oder die keramische Matrix transparent für die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung. Der Kern des Lichtleiters kann insbesondere aus dem Konvertermaterial und dem Glas, dem Konvertermaterial und einer keramischen Matrix oder aus dem Konvertermaterial und einem transparenten Kunststoff bestehen.
Das Glas kann ausgewählt sein aus Quarzglas, Weichglas, Hartglas, Silikatglas, Boratglas, Borosilikatglas, Alumosilikatglas oder Phosphatglas. Diese Gläser weisen insbesondere einen Brechungsindex Δn_D ²⁰ zwischen 1,4 und 1,6 auf.
Das Glas kann auch ausgewählt sein aus Telluritglas, Bleiglas, Germanatglas, bismuthaltige Gläser und Zink-Bismuthaltige Gläser. Diese Gläser sind insbesondere hochbrechend.
Das Glas ist nicht auf die genannten Gläser beschränkt und umfasst insbesondere alle dem Fachmann bekannten optischen Gläser.
Als Kunststoffe eignen sich besipieweise hochbrechende Kunststoffe und niederbrechende Kunststoffe.
Als transparenter Kunststoff kann beispielweise Polymethylmethacrylat oder fluoriertes Polymethylmethacrylat eingesetzt werden. Fluoriertes Polymethylmethacrylat weist einen geringeren Brechungsindex auf als Polymethylmethacrylat.
Unter „transparent“ wird hier und im Folgenden verstanden, dass ein Material zumindest teilweise durchlässig für die Primärstrahlung als auch für die Sekundärstrahlung ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Konvertermaterial um Festphasenleuchtstoffe, beispielsweise anorganische Konversionsleuchtstoffe oder organische Leuchtstoffe, Quantenpunkte oder nicht lineare optische Konvertermaterialien. Als anorganische Konversionsleuchtstoffe können beispielsweise Granate, Nitride, Ortosilikate oder Halophosphate eingesetzt werden.
Möglich ist auch, dass das Konvertermaterial Metallionen, beispielweise der Seltenen Erden, umfasst, die das Glas des Kerns des Lichtleiters dotieren. Das so entstehende Glas kann auch als lumineszierendes Glas bezeichnet werden. Als Metallionen kommen beispielweise Ionen des Eu, Ce, Hf, Bi, Sn, Zn, Mn, Ti, Tb, Er, Sm und/oder Tm in Betracht. Der Kern des Lichtleiters kann aus dem lumineszierenden Glas bestehen und/oder kann ein Konvertermaterial oder mehrere Konvertermaterialien, beispielsweise der oben genannten Konvertermaterialien, enthalten. Dies kann durch die Überlagerung der Sekundärstrahlungen besonders vorteilhaft sein. Durch die Einbettung der Metallionen in das Glas können Streuverluste, die an dem Konvertermaterial entstehen können, mit Vorteil vermieden werden.
Beispiele für Granate oder Nitride sind:

(Y, Lu, Gd, Tb)₃(Al, Ga, Si) ₅O₁₂:Ce³⁺; (Ca, Sr,Ba) ₂Si₅N₈:Eu²⁺;
(Ca, Sr, Ba) ₂Si₅N₈:Ce³⁺; Sr (Ca, Sr) Si₂Al₂N₆: Eu²⁺;
(Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺; α-SiAlON und β-SiAlON. Die Zusammensetzung von α-SiAlON und β-SiAlON ist dem Fachmann bekannt. Ce³⁺ und Eu²⁺ können als Aktivatoren bezeichnet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Aktivatoren eingesetzt werden.

Als organische Leuchtstoffe können beispielsweise Rylene, wie Perylen, eingesetzt werden.
Bei Quantenpunkten handelt es sich insbesondere um Nanopartikel, das heißt Teilchen mit einer Größe im Nanometerbereich mit einem Partikeldurchmesser d₅₀, zum Beispiel zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 10 nm. Bevorzugt umfassen die Quantenpunkte einen Halbleiterkern oder bestehen aus einem Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist. Insbesondere umfasst oder besteht der Kern der Quantenpunkte aus einem II/IV- oder III/V-Halbleiter. Beispielsweise sind die Quantenpunkte aus einer Gruppe ausgewählt, die InP, CdS, CdSe, InGaAs, GaInP und CuInSe₂ umfasst.
Nichtlineare optische Konvertermaterialien zeigen beispielweise Frequenzverdopplung und/oder multiple Wellen-Mischungen, wenn diese einer sehr hohen optischen Beleuchtungsstärke ausgesetzt werden. Hierzu kann beispielsweise SiO₂ eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konvertermaterial über das gesamte Volumen des Kerns des Lichtleiters verteilt, bevorzugt ist das Konvertermaterial über das gesamte Volumen des Kerns des Lichtleiters homogen verteilt. Durch die Verteilung des Konvertermaterials auf das gesamte Volumen des Kerns kann die Konzentration an Konvertermaterial gering gehalten werden. Dadurch kann die bei der Konversion der Primärstrahlung in die Sekundärstrahlung entstehende Wärme von dem Konvertermaterial, beispielsweise anorganische Konversionsleuchtstoffpartikel, durch das Glas oder den Kunststoff sehr gut abgeleitet werden. Da das Konvertermaterial somit bei niedrigeren Temperaturen gehalten werden kann, steigt die Konversionseffizienz und das thermische Quenchen, das zu einer Reduktion der Strahldichte führt, kann vermieden beziehungsweise deutlich reduziert werden. Auch weitere, mit der Temperaturerhöhung verbundene negative Effekte, wie die Veränderung des Farborts der Sekundärstrahlung, können somit reduziert werden. Die geringe Konzentration an Konvertermaterial und auch beispielsweise eine geringe Aktivatorkonzentration in einem anorganischen Konversionsleuchtstoff wird durch das vergrößerte Volumen innerhalb des Kerns kompensiert. Durch die Führung der ungerichtet emittierten Sekundärstrahlung durch den Lichtleiter bleibt die Lichtaustrittsfläche und/oder der Austrittsraumwinkel der Sekundärstrahlung als auch der Primärstrahlung gering, wodurch auch die Etendue gering gehalten werden kann. Die Konversion innerhalb des Lichtleiters führt somit einerseits durch die Verteilung des Konvertermaterials über das gesamte Volumen des Kerns und durch die Bündelung der Sekundärstrahlung zu einer Erhöhung der Strahldichte beziehungsweise Leuchtdichte der Sekundärstrahlung und andererseits wird der Anstieg der Etendue gering gehalten. Wird für eine Anwendung des optoelektronischen Bauelements gebündelte Strahlung benötigt, werden durch die bereits stattfindende Bündelung der Strahlung in dem Lichtleiter mit Vorteil weniger aufwendige optische Elemente benötigt, um die Gesamtstrahlung nach dessen Austritt aus dem Lichtleiter weiter anzupassen.
Mit Vorteil kann der Konversionsgrad des Konvertermaterials durch die Länge des Lichtleiters, den Kerndurchmesser und die Konzentration an Konvertermaterial kontinuierlich angepasst werden. Es ist also eine Teil- und eine Vollkonversion der Primärstrahlung möglich. Insbesondere kann der gewünschte Farbort der Gesamtstrahlung und der Farbwiedergabeindex (CRI, color rendering index) genau eingestellt werden. Damit ist das Anwendungsspektrum des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements besonders vielseitig. Bauelemente mit Lichtleitern, die eine Teilkonversion der Primärstrahlung aufweisen, können beispielweise in Endoskopen, zur Bildbeleuchtung, zur Innen- und Außenbeleuchtung von Gebäuden, in Designelementen, in Scheinwerfern, wie Autoscheinwerfern, oder Projektionslichtquellen, also Lichtquellen, die zum Beispiel in Kinoprojektoren oder Beamern eingesetzt werden, Anwendung finden. Bauelemente mit Lichtleitern, die eine Vollkonversion der Primärstrahlung aufweisen, können beispielweise in Lichtquellen für Bühnenbeleuchtungen, auch für rote, grüne oder andere einfarbige Beleuchtungen, Anwendung finden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Gewichtsanteil des Konvertermaterials bei > 0 bis einschließlich 30 Gewichtsprozent, bevorzugt bei einschließlich 1e^-7 bis einschließlich 15 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt bei einschließlich 1e^-3 bis einschließlich 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Kerns. Mit Vorteil kann so die Konversion pro Längeneinheit des Kerns gering gehalten werden und die bei der Konversion entstehende Wärme gut abgleitet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Gewichtsanteil des Konvertermaterials bei > 30 bis einschließlich 100 Gewichtsprozent, bevorzugt bei einschließlich 90 bis einschließlich 100 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Kerns.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der Kern aus dem Konvertermaterial. Gemäß dieser Ausführungsform liegt der Gewichtsanteil des Konvertermaterials somit bei 100 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Kerns. Bevorzugt besteht der Kern aus einem anorganischen Konversionsleuchtstoff, beispielweise aus einem Einkristall aus (Y, Lu, Gd, Tb)₃(Al, Ga, Si) ₅O₁₂: Ce³⁺ oder Y₃Al₅O₁₂ : Ce³⁺ oder aus einem lumineszierenden Glas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für den Unterschied der Brechungsindeces Δn_D ²⁰ des Glases, der keramischen Matrix oder des transparenten Kunststoffs und dem Konvertermaterial: Δn_D ²⁰ ≤ 0.5, bevorzugt Δn_D ²⁰ ≤ 0.25, besonders bevorzugt Δn_D ²⁰ ≤ 0.05. Durch so einen geringen Brechungsindexunterschied können Streuverluste der Primär- und der Sekundärstrahlung an dem Konvertermaterial vermieden beziehungsweise sehr gering gehalten werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Glas des Kerns ein Quarzglas, ein Telluritglas, ein ZBLAN-Glas der Zusammensetzung ZrF₆-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF oder „N-SF6“ von Schott. Insbesondere hat sich „N-SF6“ als besonders geeignet herausgestellt, da es zum einen einen Brechungsindex n_D ²⁰ von 1,8 aufweist, der beispielsweise ähnlich zu Granaten, wie Yttrium-Aluminium-Granat (Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, YAG), ist. Durch diesen ähnlichen Brechungsindex wird die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung vorteilhafterweise an den Granaten nicht oder kaum gestreut. Hinzu kommt, dass „N-SF6“ einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt von etwa 589 °C aufweist, was eine Einbettung des Konvertermaterials, insbesondere von Granaten, ermöglicht, ohne dass diese mit dem geschmolzenen Glas reagieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konvertermaterial Quantenpunkte oder Nano-Leuchtstoffe. Quantenpunkte als auch Nano-Leuchtstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass diese Partikelgrößen unter 100 nm aufweisen. Durch diese geringen Partikelgrößen kann die Lichtstreuung an diesen Partikeln vermieden oder gering gehalten werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Lichtstreuung nicht durch einen ähnlichen Brechungsindex des Glases oder des transparenten Kunstoffs mit dem Konvertermaterial vermindert werden kann. Dies kann auch eine gute Prozessierbarkeit bei der Herstellung des Lichtleiters, inbesondere beim Faserziehen, gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das Konvertermaterial in Partikelform vor und die Partikel weisen eine Partikelgröße zwischen einschließlich 500 nm und einschließlich 25 µm auf. Bevorzugt weisen die Partikel eine Partikelgröße zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 6 µm auf. Mit diesen Partikelgrößen ist es möglich, auch Monomodefasern als Lichtleiter einzusetzen, die sich zu Multimodefasern üblicherweise durch einen geringeren Kerndurchmesser unterscheiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Kern des Lichtleiters einen Durchmesser zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 1500 µm oder zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 9 µm auf. Lichtleiter mit solchen Kerndurchmessern können hier und im Folgenden auch als mikroskopische Lichtleiter bezeichnet werden. Mikroskopische Lichtleiter mit einem Kerndurchmesser zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 1500 µm können als Multimodefasern bezeichnet werden und mikroskopische Lichtleiter mit einem Kerndurchmesser zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 9 µm können als Monomodefasern bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Kern einen Durchmesser zwischen einschließlich 0,5 mm und einschließlich 5 mm auf. Lichtleiter mit solchen Kerndurchmessern können hier und im Folgenden auch als makroskopische Lichtleiter bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Primärlichtquelle um zumindest eine lichtemittierende Diode (LED) oder zumindest eine lichtemittierende Laserdiode. Bei der lichtemittierenden Diode (LED) oder der lichtemittierenden Laserdiode kann es sich um einen Halbleiterchip handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert die Primärlichtquelle im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im ultravioletten, blauen, grünen, gelben, orangenen, roten oder nahe infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Es ist auch möglich, eine oder mehrere weitere Primärlichtquellen einzusetzen, die die gleiche oder verschiedene Primärstrahlungen emittieren.
Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, im Betrieb UV-Primärstrahlung oder eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, basiert beispielsweise auf AlInGaN. Beispielsweise basiert der Halbleiterchip auf In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Die gewünschte Wellenlänge kann durch die Materialkomposition eingestellt werden.
Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, eine Primärstrahlung im orangenen oder roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, basiert beispielsweise auf InGaAlP. Beispielsweise basiert der Halbleiterchip auf In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Auch hier kann die gewünschte Wellenlänge durch die Materialzusammensetzung eingestellt werden.
Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, eine Primärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, basiert beispielsweise auf AlInGaN. Beispielsweise basiert der Halbleiterchip auf In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1. Auch hier kann die gewünschte Wellenlänge durch die Materialkomposition eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die von dem Bauelement emittierte Gesamtstrahlung im ultravioletten, blauen, grünen, gelben, orangenen, roten und/oder nahen infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Möglich ist auch, dass die Gesamtstrahlung aus der Überlagerung der Primär- und der Sekundärstrahlung weiß erscheint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über der Lichteintrittsfläche des Lichtleiters ein Reflektor angeordnet, der dazu eingerichtet ist, die in dem Lichtleiter eingekoppelte Primärstrahlung und/oder entstehende Sekundärstrahlung in den Lichtleiter zurück zu reflektieren, so dass beispielsweise kein oder wenig Sekundärstrahlung den Lichtleiter durch die Lichteintrittsfläche verlässt. Dadurch kann die Effizienz des Bauelements erhöht werden. Bei dem Reflektor kann es sich beispielsweise um einen Bragg-Spiegel oder um eine dichroitische Beschichtung oder um einen Interferenzfilter handeln. Der Reflektor kann auch als Kurzpass- oder Langpassfilter ausgebildet sein. Außerdem kann der Reflektor zusätzlich oder alternativ eine Antireflex-Wirkung besitzen, so dass insbesondere die Primärstrahlung mit möglichst geringen Reflektionsverlusten in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann. Dies erlaubt eine hohe Einkoppeleffizienz der Primärstrahlung in den Lichtleiter, während gleichzeitig die Auskopplung der Gesamtstrahlung auf die Lichtaustrittsfläche konzentriert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Primärlichtquelle und dem Lichtleiter ein optisches Element angeordnet, dass dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung in den Kern des Lichtleiters, bevorzugt über die Lichteintrittsfläche, einzukoppeln. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um eine Linse, ein Objektiv oder einen mechanischen Koppler handeln. Die Ausgestaltung solcher Linsen, Objektive und mechanischen Koppler ist dem Fachmann bekannt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters ein Reflektor angeordnet, der dazu eingerichtet ist, Strahlung mit bestimmten Wellenlängen zu reflektieren und Strahlung mit anderen Wellenlängen zu transmittieren. Beispielweise ist der Reflektor dazu eingerichtet, die Primärstrahlung in den Lichtleiter zurück zu reflektieren und die Sekundärstrahlung zu transmittieren. Dadurch kann garantiert werden, dass nur oder fast nur Sekundärstrahlung aus dem optoelektronischen Bauelement nach außen emittiert wird. So kann eine Vollkonversion garantiert werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Primärstrahlung für die Anwendung ungeeignet ist oder auch wenn die Primärstrahlung schädlich, beispielweise für das menschliche Auge, ist. Durch Anpassung der Reflektions- und Transmissionseigenschaften des Reflektors kann auch der Konversionsgrad, also der Anteil der Primär- und Sekundärstrahlung an der Gesamtstrahlung, beeinflusst und eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konvertermaterial unterschiedliche Konvertermaterialien. So kann der gewünschte Farbort und/oder der Farbwiedergabeindex der Gesamtstrahlung eingestellt werden. Beispielweise kann ein Konvertermaterial eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich und ein weiteres Konvertermaterial eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittieren. Liegt die Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, emittiert das Bauelement aus einer Überlagerung der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung eine weiße Gesamtstrahlung, insbesondere eine warmweiße Gesamtstrahlung mit einer Farbtemperatur zwischen beispielweise 2700 K und 3300 K oder eine kaltweiße Gesamtstrahlung mit einer Farbtemperatur zwischen beispielweise 5000 K und 8000 K. Bei dieser Ausführungsform wird die Primärstrahlung somit nur teilweise durch das Konvertermaterial konvertiert. Optoelektronische Bauelemente, die kaltweiße Gesamtstrahlung emittieren, finden beispielsweise in Autoscheinwerfern Anwendung. Durch geringe Änderungen des Farborts der Gesamtstrahlung kann beispielsweise die Sichtbarkeit bei Regen, Schnee oder Nebel verbessert werden. Auch die Kombination organischer Leuchtstoffe oder Quantenpunkten mit anorganischen Konversionsleuchtstoffen, beispielsweise Partikeln des anorganischen Konversionsleuchtstoffs, ist möglich. Die Partikel des anorganischen Konversionsleuchtstoffs können insbesondere auch glasartig oder keramisch sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konvertermaterial einen grün und einen rot emittierenden anorganischen Konversionsleuchtstoff auf und die Primärstrahlung liegt im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und über die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters wird weißes Licht ausgekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen oder mehrere weitere Lichtleiter auf. Beispielsweise kann der weitere Lichtleiter ein anderes Konvertermaterial umfassen als der erste Lichtleiter. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise die Konvertermaterialien chemisch nicht kompatibel sind oder einen großen Brechungsindexunterschied aufweisen. So können bislang nicht zusammen verwendbare Konvertermaterialien in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt werden. Dadurch können die Sekundärstrahlungen überlagert die Gesamtstrahlung ergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen weiteren Lichtleiter auf. Der Kern des ersten Lichtleiters umfasst ein Glas, das einen an das Konvertermaterial angepassten Brechungsindex aufweist und der Kern des zweiten Lichtleiters umfasst ein Glas, das einen an ein weiteres Konvertermaterial angepassten Brechungsindex aufweist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, um den Brechungsindex des Material des Kerns jeweils an den des Konvertermaterials anzupassen, wenn die Konvertermaterilaien unterschiedliche Brechungsindeces aufweisen.
In einer Ausführungsform sind zwei oder mehrere Lichtleiter im Strahlengang nacheinander angeordnert. Dies ist vorteilhaft, um verschiedene inkompatible Konvertermaterialien räumlich zu trennen und unabhängig voneinander in einen Kern einzubetten. Die Materialien des Kerns können dabei gleich oder unterschiedlich gewählt sein.
Beispielsweise kann der Kern eines Lichtleiters eine Keramik gesintert aus einem Granat-Prekursor und der Kern eines weiteren Lichtleiters eine zweite Keramik gesintert aus einem Nitrid-Prekursor enthalten. Diese Lichtleiter können im Strahlengang nacheinander angeordnet werden. Ein gleichzeitiges Sintern einer Mischung der zwei genannnten Prekursoren zu einem anwendungsrelevanten Leuchtstoff ist derzeit nicht möglich. Somit ist es in dieser Ausführungsform möglich, ein Konversionelement aus zwei oder mehr Keramiken zu erstellen, welche chemisch inkompatible Keramik-Prekursoren enthalten. Mit Vorteil ermöglicht dies beispielswiese einen reinen Keramik Konverter in Form von zwei oder mehreren Lichtleiternmit einem keramischen Kern, so dass das Bauelement insbesondere eine Gesamtstrahlung mit einem warmweißem Farbort, der eine korrelierte Farbtemperatur zwischen 1500 und 4000 Kelvin aufweist bei hohem Farbwiedergabeindex emittieren kann. Insbesondere ist der Farbwiedergabeindex Ra (CRI, color rendering index) der Gesamtstrahlunggrößer oder gleich 75. Neben den Keramiken können auch Granat- und Nitrid-Konversionsleuchtstoffpartikel auf diese Weise, also in zwei oder mehreren nacheinander angeordneten Lichtleitern kombiniert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Kern des Lichtleiters einen anorganischen Konversionsleuchtstoff oder besteht aus einem anorganischen Konversionsleuchtstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Kern des Lichtleiters ein Granat und/oder Nitrid als Konvertermaterial und/oder andere Materialien, die dem Fachmann als anorganische Konversionsleuchtstoffe bekannt sind. Gemäß dieser Ausführungsform besteht der Kern bevorzugt aus dem Granat und/oder Nitrid und/oder einem anderen anorganischen Konversionsleuchtstoff. Mit anderen Worten ist im Kern keine Matrix enthalten sondern nur beispielsweise ein Granat wie beispielsweise (Y,Lu,Gd,Tb)₃(Al,Ga,Si)₅O₁₂:Ce³⁺. Der Kern kann beispielsweise als Einkristall vorliegen. Auch die Kombination von zwei oder mehreren Lichtleitern mit Kernen aus verschiedenen Konvertermaterialien ist möglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Kern des Lichtleiters unterschiedliche Konvertermaterialien. Die Konvertermaterialien können räumlich getrennt voneinander in dem Kern angeordnet sein. Dabei kann insbesondere ein Konvertermaterial, das einen größeren Stokes-Shift aufweist, näher an der Lichteintrittsfläche angeordnet sein und das Konvertermaterial mit dem kleineren Stokes-Shift näher an der Lichtaustrittsfläche. Dadurch kann verhindert werden, dass das Konvertermaterial mit dem größeren Stokes-Shift die Sekundärstrahlung des Konvertermaterials mit dem kleineren Stokes-Shift absorbiert. Dies kann die externe Quanteneffizienz des Bauelements erhöhen. Bei dem Konvertermaterial mit dem kleineren Stokes-Shift kann es sich beispielsweise um grün emittierendes Konvertermaterial und bei dem Konvertermaterial mit dem größeren Stokes-Shift um ein rot emittierendes Konvertermaterial handeln. Alternativ können die Konvertermaterialien auch aufgrund unterschiedlicher Stabilität angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Konvertermaterial, dass ein hohes strahlenbasiertes Quenchverhalten zeigt, näher an der Lichtaustrittsfläche angeordnet sein, um die Primärstrahlung, die auf dieses Konvertermaterial trifft, gering zu halten und so die Konversionseffizienz zu erhöhen. So kann die Effizienz des Bauelements erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Lichtleiter eine oder mehrere weitere Hüllen aufweisen, die über der Hülle angeordnet sind. Die weitere Hülle dient insbesondere der Wärmeableitung von dem Kern und der Hülle oder der mechanischen Stabilisierung. Dient die weitere Hülle der Wärmeableitung handelt es sich bei dem Material der weiteren Hülle insbesondere um ein anderes Material als bei dem Material der Hülle. Beispielsweise kann als Material der weiteren Hülle Kupfer oder Aluminium oder ein Material mit einer guten thermischen Leitfähigkeit von >0.5 W/(mK), bevorzugt >5 W/(mK), insbesondere >10 W/(mK), gewählt werden. Möglich ist auch, dass die weitere Hülle ein Rohr ist, beispielsweise aus Kupfer, das mit Wasser gefüllt ist. Zur mechanischen Stabilisierung kann das Material der weiteren Hülle dem der Hülle oder des Glases oder des Kunststoffs des Kerns entsprechen. Die Dicke der weiteren Hülle kann zwischen 10 µm und 10 cm liegen, bevorzugt zwischen 100 µm und 1 cm, insbesondere zwischen 200 µm und 5 mm. Die weitere Hülle kann wiederum an eine weitere Wärmesenke oder einen Kühlkörper angekoppelt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Lichtleiter um eine photonische Kristallfaser. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Hülle des Lichtleiters Kapillaren mit jeweils einem Hohlraum auf. Die Kapillaren sind dabei bevorzugt so ausgerichtet, dass deren Hohlräume parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Kerns ausgerichtet sind. Insbesondere weisen die Kapillaren die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser auf wie der Kern. Der Kern umfasst bevorzugt ein Glas und ein Konvertermaterial oder besteht aus einem Glas und einem Konvertermaterial. Es handelt sich vorliegend somit bevorzugt um eine sogenannte Vollkernfaser („solid core fibre“).Durch die Anordnung der Kapillaren um den Kern bildet sich insbesondere ein photonischer Kristall.
Der Einsatz einer photonischen Kristallfaser als Lichtleiter mit einem Kern umfassend ein Konvertermaterial kann besonders vorteilhaft sein. Die in dem Kern der photonischen Kristallfaser eingebetteten Konvertermaterialien konvertieren die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung. Dabei wird die Sekundärstrahlung normalerweise ungerichtet emittiert, mit anderen Worten erfolgt die Emission der Sekundärstrahlung in alle Raumrichtungen. Da die Hülle der photonischen Kristallfaser im Gegensatz zu den Hüllen anderer Lichtleiter, vollkommen unabhängig oder nahezu unabhängig von der Richtung der einfallenden Strahlung diese zurück in den Kern reflektiert, können Verluste durch Transmission der Sekundärstrahlung durch die Hülle sehr stark reduziert werden. Dadurch wird die Effizienz des Bauelements erhöht. Zudem wird die Strahlung gebündelt und die Erhöhung der Etendue kann gering gehalten werden. Für viele Anwendungen, wie in Endoskopen oder akzentuierten Beleuchtungen, wird eng gebündelte Strahlung und somit Strahlung mit einer kleinen Etendue benötigt. Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß auf weitere Maßnahmen, wie der Einsatz von Reflektoren, verzichtet werden beziehungsweise sind weniger aufwendige Reflektoren oder optische Elemente ausreichend um die Strahlung für die jeweilige Anwendung weiter zu bündeln oder abzubilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Kern des Lichtleiters, bevorzugt der photonischen Kristallfaser, einen Durchmesser zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 500 µm auf, bevorzugt zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 200 µm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 75 µm und einschließlich 125 µm, beispielsweise 100 µm auf. Mit einem Kerndurchmesser zwischen einschließlich 75 µm und einschließlich 125 µm ist eine besonders effiziente Einkopplung der Primärstrahlung insbesondere einer Laserdiode möglich. Es handelt sich somit insbesondere um einen mikroskopischen Lichtleiter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die photonische Kristallfaser eine Large Mode-Area Faser, eine Monomodefaser oder eine Monomodefaser ohne Single Mode Cutoff, das heißt eine sogenannte „endlos monomodige Faser“ („endlessly single mode fibre“).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Hülle des Lichtleiters, bevorzugt der photonischen Kristallfaser, einen Durchmesser zwischen einschließlich 10 µm und einschließlich 1000 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 12 µm und einschließlich 400 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die photonische Kristallfaser oder der Kern der photonischen Kristallfaser eine Länge zwischen 5 mm und 10 Metern, bevorzugt zwischen 1 cm und einem Meter auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hülle des Lichtleiters aus einem Material gebildet, das einen kleineren Brechungsindex aufweist als der Kern. Die Lichtleitung beruht folglich auf einem Brechungsindexunterschied zwischen dem Kern und der Hülle. Beispielweise kann das Glas des Kerns auch für die Hülle verwendet werden, wobei das Glas der Hülle oder des Kerns dotiert ist, wodurch der Brechungsindexunterschied realisiert wird. Beispielweise ist das Glas der Hülle SiO₂ und die Hülle besteht zum Beispiel aus mit Germanium oder Phosphor dotiertem SiO₂.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hülle des Lichtleiters aus einem Material gebildet, das reflektierend für die Primär- und/ oder die Sekundärstrahlung ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hülle zumindest teilweise durchlässig für die Primär- und/oder die Sekundärstrahlung. Es ist damit möglich, dass die Primär- und/oder die Sekundärstrahlung über die gesamte Länge des Lichtleiters abgestrahlt wird. Dabei wird somit ein Teil der Strahlung, die im Lichtleiter geführt wird, ausgekoppelt, was den Lichtleiter wie eine farbig leuchtende oder schimmernde Linie erscheinen lässt. Durch eine räumlich getrennte Anordung unterschiedlich emittierender Konvertermaterialien im Kern des Lichtleiters sind auch verschiedene Farben der ausgekoppelten Strahlung entlang des Lichtleiters möglich. Anwendung finden solche optoelektronischen Bauelemente als Designelemente zum Beispiel für Immobilien oder andere technische Produkte wie Autos oder in der Leuchtreklame.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Durchlässigkeit der Hülle für die Primär- und/oder die Sekundärstrahlung über die Länge des Lichtleiters derart variert, dass die abgestrahlte Lichtmenge über die Länge möglichst homogen ist. Mit anderen Worten wird die Durchlässigkeit von der Lichteintrittsfläche aus gesehen mit zunehmendem Abstand höher, um zu kompensieren, dass mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche die im Lichtleiter verbleibende Lichtmenge aufgrund der Abstrahlung weniger wird. Alternativ kann statt oder zusätzlich zur Durchlässigkeit auch ein Streuer in den Kern integriert werden, der beispielsweise hinsichtlich Konzentration und/oder Partikelgröße über die Länge des Lichtleiters variiert wird, um die Abstrahlung über die Länge möglichst homogen zu gestalten. Als Streuer kann beispielsweise Al₂O₃, TiO₂ oder ZrO₂ eingesetzt werden mit einer Partikelgröße zwischen 50 nm und 20 µm, bevorzugt zwischen 100 nm und 10 µm, insbesondere zwischen 200 nm und 2 µm. Alternativ kann auch die Konzentration des Konvertermaterials über die Länge des Lichtleiters variiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hülle des Lichtleiters aus einem reflektierenden Metall und/oder einem lichtstreuenden Material gebildet. Alternativ kann die Hülle aus einem dichroitischen Material gebildet sein, das zur Reflexion der Primär- und/oder Sekundärstrahlung dient. Die Lichtleitung beruht folglich auf der Reflexion der auf die Hülle auftreffenden Primär- und Sekundärstrahlung. Diese Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements eignet sich insbesondere für die Bildprojektion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Lichtleiter mit einer Hülle aus einem reflektierenden Metall und/oder einem lichtstreuenden Material oder einem dichroitischen Material oder mit einer Hülle, die aus einem Material gebildet ist, das einen kleineren Brechungsindex aufweist als der Kern einen Kern mit einem Durchmesser von einschließlich 0,5 mm bis einschließlich 5 mm und eine Länge von einschließlich 3 mm bis einschließlich 100 cm auf. Es handelt sich somit insbesondere um einen makroskopischen Lichtleiter. Die Hülle kann eine Dicke von einschließlich 1 µm bis einschließlich 500 µm aufweisen. Optoelektronische Bauelemente mit solchen makroskopischen Lichtleitern können beispielsweise in Projektionslichtquellen Anwendung finden. Beispielweise kann der Kern beziehungsweise der Lichtleiter eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen, die ein laterales Seitenverhältnis, beispielweise von 16:9, aufweist, das dem der auszuleuchtenden Fläche mit diesem Seitenverhältnis, beispielweise einer Leinwand oder einem Videobild, entspricht.
Eine gute Bildgebungsqualität ist technisch nur mit Lichtquellen erzielbar, die eine Strahlung mit einer hohen Strahldichte emittieren. Üblicherweise werden Lichtquellen mit einem oder mehreren Lasern als Primärstrahlungsquelle und einem davon beabstandet angeordneten Leuchtstoff (LARP, „Laser activated remote phosphor“) für die Bildprojektion eingesetzt. Um eine homogene Beleuchtung einer Leinwand zu erzielen, wird die emittierte, bevorzugt weiße, Strahlung üblicherweise in einen Lichtleiter eingekoppelt, bevor die Strahlung auf die Leinwand trifft. Die Einkopplung der Sekundärstrahlung in den Lichtleiter stellt dabei eine technische Herausforderung dar, da präzise Sammeloptiken benötigt werden, um die ungerichtet emittierte Sekundärstrahlung mit möglichst wenigen Verlusten in den Lichtleiter einzukoppeln. Verluste können hier allerdings bislang nicht vermieden werden. Diese Verluste können erfindungsgemäß durch die Integration des Konvertermaterials in den Lichtleiter beziehungsweise in den Kern des Lichtleiters minimiert werden. Durch die ungerichtete Emission der Sekundärstrahlung von den Konvertermaterialien ist die Konversion der Primärstrahlung in die Sekundärstrahlung immer mit einem Anstieg der Etendue verbunden. Die Einkopplung der Primärstrahlung, die eine kleine Etendue aufweist, in den Lichtleiter ist damit mit deutlich geringeren Verlusten möglich. Verglichen mit konventionellen LARP Lichtquellen ist erfindungsgemäß durch die Verteilung des Konvertermaterials über das ganze Volumen des Kerns des Lichtleiters auch eine deutlich geringere Konzentration an Konvertermaterialien nötig, wodurch die bei der Konversion entstehende Wärme besser von den Konvertermaterialien abgeleitet werden kann. Dadurch wird die Konversionseffizienz erhöht. Bei LARP Lichtquellen hingegen werden Konversionselemente mit möglichst geringem Volumen eingesetzt, um die Etendue so gering wie möglich zu halten. Zudem wird im Vergleich zu LARP Lichtquellen kein zusätzliches optisches Element benötigt, über das die Primärstrahlung zu dem beabstandet angeordneten Leuchtstoff geführt wird. So können die räumlichen Dimensionen des Bauelements gering gehalten werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das reflektierende Metall und/oder das lichtstreuende Material ausgewählt aus TiO₂, Al₂O₃, Al, Ag oder BaSO₄ Möglich ist auch, dass es sich bei dem Material um eine streuende Keramik handelt. Das Streuvermögen einer Keramik kann insbesondere durch die Größe der Poren und der Partikelgrößen des Konvertermaterials in der Keramik beeinflusst werden. Die Hülle kann auch aus den Materialien bestehen. Die Hülle kann auch aus mehreren Schichten des reflektierenden Metalls und/oder dem lichtstreuenden Material gebildet sein. Durch die Wahl solcher Hüllen können Lichtverluste bedingt durch die ungerichtete Abstrahlung der Sekundärstrahlung der Konvertermaterialien des Kerns minimiert werden. Beispielsweise kann der Kern Al₂O₃ oder Glas und ein Konvertermaterial umfassen oder daraus bestehen. Die Hülle kann beispielsweise aus Al₂O₃ bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann auf dem Kern eine dichroitische Beschichtung vorhanden sein, die zur Reflexion der Primär- und/oder Sekundärstrahlung dient.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hülle des Lichtleiters ein Vakuum. Insbesondere erfolgt die Führung der Primär- und der Sekundärstrahlung durch totale interne Reflektion der Strahlung an der Mediengrenze des Glases des Kerns zu dem Vakuum. Zusätzlich kann eine beabstandete weitere Hülle als Schutz verwendet werden, um sicherzustellen, dass kein Material wie Staub, Dreck, Fingerabdrücke etc. auf den Kern kommen, wodurch an dieser Stelle ein Teil des Lichts gestreut und ausgekoppelt werden könnte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Primärstrahlung seitlich durch die Hülle des Lichtleiters und/oder über eine Endfläche des Lichtleiters, insbesondere die Lichteintrittsfläche in den Kern eingekoppelt. Insbesondere werden dazu die Leitungseigenschaften des Lichtleiters punktuell verändert, um eine Einkopplung der Primärstrahlung über die Hülle zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform umfasst der Kern ein anorganisches Material beispielsweise Glas und ein Konvertermaterial, und die Hülle umfasst oder besteht aus einem organischen Material, beispielsweise einem Kunststoff.
Das Glas kann ausgewählt sein aus Quarzglas, Weichglas, Hartglas, Silikatglas, Boratglas, Borosilikatglas, Alumosilikatglas oder Phosphatglas. Diese Gläser weisen insbesondere einen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,6 auf.
Das Glas kann ausgewählt sein aus Telluritglas, Bleiglas, Germanatglas, bismuthaltige Gläser und Zink-Bismut-haltige Gläser. Diese Gläser sind insbesondere hochbrechend.
Das Glas ist nicht auf die genannten Gläser beschränkt und umfasst insbesondere alle dem Fachmann bekannten optischen Gläser.
Als Kunststoffe eignen sich hochbrechende Kunststoffe und niederbrechende Kunststoffe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleiter mit einer funktionalen Beschichtung wie zum Beispiel einer dichroitischen, dielektrischen oder antireflektierenden Beschichtung versehen. Diese Beschichtugen können entweder entlang von Kern, Hülle oder der weiteren Hülle angeordnet sein oder auch an den Lichtleiterendflächen, insbesondere über Lichteintritts- und/oder der Lichtaustrittsfläche. In einer besonderen Ausgestaltung können diese funktionalen Beschichtungen auch an mehreren Flächen gleichzeitig angebracht werden.
Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen konvertierte Strahlung üblicherweise durch einen Lichtleiter geführt werden muss. Beispielsweise eignet sich das Bauelelement für die Anwendung in Endoskopen oder für die endoskopische Beleuchtung oder auch für akzentuierte Beleuchtungen beispielswiese von Kunstwerken.
Das optoelektronische Bauelement kann gemäß nachfolgend genanntem Verfahren hergestellt werden. Alle unter dem Verfahren genannten Merkmale des optoelektronischen Bauelements können auch Merkmale der oben genannten ausgeführten Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Bauelements sein.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die Herstellung eines Lichtleiters.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters folgende Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

A) Mischen eines Glases, einer keramischen Matrix oder eines transparenten Kunststoffs mit einem Konvertermaterial,
B) Herstellen eines Stabs aus dem unter A) hergestellten Gemisch zur Bildung eines Kerns eines Lichtleiters oder B) Herstellen eines Kerns, beispielsweise in Form eines Stabes, aus dem unter A) hergestellten Gemisch. Insbesondere kann in Verfahrensschritt B) beispielweise durch Dotierung eine den Kern ummantelnde Hülle hergestellt werden.
F) Anordnen des Lichtleiters über einer Primärstrahlungsquelle.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters folgende Schritte:

A) Mischen eines Glases, einer keramischen Matrix oder eines transparenten Kunststoffs mit einem Konvertermaterial,
B) Herstellen eines Stabs aus dem unter A) hergestellten Gemisch als Kern eines Lichtleiters,
C) Ummanteln des Kerns mit einer Hülle zur Bildung eines Lichtleiters,
F) Anordnen des Lichtleiters über einer Primärstrahlungsquelle.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters folgende Schritte Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters folgende Schritte

A) Mischen eines Glases, einer keramischen Matrix oder eines transparenten Kunststoffs mit einem Konvertermaterial,
B) Herstellen eines Kerns, beispielsweise in Form eines Stabes, aus dem unter A) hergestellten Gemisch,
C) Ummanteln des Kerns mit einer Hülle zur Bildung eines Lichtleiters,
F) Anordnen des Lichtleiters über einer Primärstrahlungsquelle.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in Verfahresschritt A) ein Glas oder eine keramische Matrix verwendet und nach Verfahrensschritt B) wird das Glas oder die keramische Matrix gesintert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann statt eines Gemisches in Schritt A) nur das Konvertermaterial bereitgestellt werden. Bevorzugt wird dieses nach Verfahrensschritt B) zu einer Leuchtstoffkeramik gesintert.
Das Verfahren kann gemäß einer Ausführungsform nach Verfahrensschritt B) oder C) einen weiteren Schritt umfassen: E) Ummanteln des Kerns oder der Hülle mit einer weiteren Hülle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Lichtleiters folgende Schritte

A) Mischen eines Glases oder eines transparenten Kunststoffs mit einem Konvertermaterial,
B) Herstellen eines Stabs aus dem unter A) hergestellten Gemisch,
B1) Faserziehen aus dem unter B) hergestellten Stabs zur Bildung eines Kerns eines Lichtleiters,
C) Ummanteln des Kerns mit einer Hülle zur Bildung des Lichtleiters,
F) Anordnen des Lichtleiters über einer Primärstrahlungsquelle.

Das Verfahren des Faserziehens beziehungsweise des Glasfaserziehens ist dem Fachmann bekannt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Lichtleiter eine photonische Kristallfaser. Verfahrensschritt C) umfasst gemäß dieser Ausführungsform die Verfahrensschritte:

C1) Herstellen eines Stabs aus einem Glas oder einem transparenten Kunststoff,
C2) Faserziehen aus dem unter C1) hergestellten Stabs zur Bildung von Kapillaren,
C3) Anordnen der Kapillaren um den in Verfahrensschritt B1) hergestellten Kernzur Bildung der Hülle. Bevorzugt wird in Verfahrensschritt C1) das gleiche Glas oder der gleiche Kunststoff wie in Verfahrensschritt A) verwendet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt C4): C4) Ummanteln der Hülle mit einer weiteren Hülle. Die weitere Hülle dient dazu, den Lichtleiter, bevorzugt die photonische Kristallfaser, mechanisch zu stabilisieren. Die weitere Hülle kann beispielsweise ein Glas umfassen oder aus einem Glas bestehen. Bevorzugt kann das Glas ausgewählt sein aus aus Quarzglas, Weichglas, Hartglas, Silikatglas, Boratglas, Borosilikatglas, Alumosilikatglas, Phosphatglas, Telluritglas, Bleiglas, Germanatglas, bismuthaltigen Gläsern und Zink-Bismut-haltigen Gläsern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt: Aufbringen dielektrischen Beschichtung auf dem Kern. Die Hülle wird gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt über der dielektrischen Beschichtung aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt: Aufbringen eines Reflektors auf einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dabei sind gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß oder vereinfacht dargestellt sein.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements.
2 und 3 zeigen schematische Seitenansichten eines Lichtleiters.
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Lichtleiter.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 10. Das optoelektronische Bauelement 10 umfasst eine Primärlichtquelle 1, die im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Primärstrahlung P emittiert. Die elektromagnetische Primärstrahlung P wird in einen Lichtleiter 2, insbesondere in den Kern des Lichtleiters (hier nicht gezeigt), eingekoppelt. Die Einkopplung der Primärstrahlung P kann beispielsweise über einen mechanischen Koppler (nicht gezeigt) erfolgen. Bei der Primärlichtquelle 1 kann es sich um eine lichtemittierende Diode oder eine Laserdiode handeln. Die Primärstrahlung P weist eine kleine Etendue auf. Mit anderen Worten ist die Ausdehnung eines Strahlenbündels der Primärstrahlung P gering. Dadurch ist eine effiziente Einkopplung der Primärstrahlung P in den Lichtleiter, insbesondere über die Lichteintrittsfläche 6, mit nur geringen Verlusten möglich. Insbesondere werden keine aufwendigen optischen Elemente benötigt, die die Primärstrahlung P vor dessen Einkopplung in den Lichtleiter 2 bündeln. Über das gesamte Volumen des Kerns ist ein Konvertermaterial homogen in ein Glas oder einen transparenten Kunststoff eingebettet. Das Konvertermaterial, beispielsweise ein anorganischer Konversionsleuchtstoff, konvertiert die Primärstrahlung P teilweise oder vollständig in eine Sekundärstrahlung. Bei einer teilweisen Konversion wird als Gesamtstrahlung G eine Mischung aus der Primärstrahlung P und der Sekundärstrahlung emittiert. Bei einer Vollkonversion wird als Gesamtstrahlung G nur oder fast nur die Sekundärstrahlung emittiert. Durch die Verteilung des Konvertermaterials auf das gesamte Volumen des Kerns des Lichtleiters 2 kann die Konzentration an Konvertermaterial gering gehalten werden. Dadurch kann die bei der Konversion der Primärstrahlung P in die Sekundärstrahlung entstehende Wärme von dem Konvertermaterial durch das Glas oder den Kunststoff sehr gut abgeleitet werden. Ein thermisches Quenchen kann dadurch vermieden oder weitgehend vermieden werden. Des Weiteren wird das Konvertermaterial bei niedrigeren Temperaturen gehalten, bei der die Konversion am effizientesten ist. Dies führt zu einer hohen Strahldichte. Das optoelektronische Bauelement 10 kann beispielweise in Endoskopen, der Bildbeleuchtung, zur Innen- und Außenbeleuchtung von Gebäuden, in Designelementen, Projektionslichtquellen, also Lichtquellen, welche zum Beispiel in Kinoprojektoren oder Beamern eingesetzt werden, in Lichtquellen für Bühnenbeleuchtungen oder in Scheinwerfern, wie Autoscheinwerfern, Anwendung finden. Bauelemente mit Lichtleitern, die eine Vollkonversion der Primärstrahlung aufweisen, können beispielweise zur Bühnenbeleuchtung, auch für rote oder grüne Beleuchtungen, Anwendung finden.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Lichtleiters 2, der in dem optoelektronischen Bauelement 10 der 1 enthalten sein kann. Der Lichtleiter 2 weist einen Kern 2a und eine Hülle 2b auf. Der Kern 2a erstreckt sich über die gesamte Länge l des Lichtleiters 2. Der Kern 2a umfasst oder besteht aus einem Glas oder einem transparenten Kunststoff und einem Konvertermaterial. Die Hülle 2b besteht aus einem reflektierenden Metall, beispielsweise aus Silber. Das Glas des Kerns kann ausgewählt sein aus Quarzglas, Weichglas, Hartglas, Silikatglas, Boratglas, Borosilikatglas, Alumosilikatglas, Phosphatglas, Telluritglas, Bleiglas, Germanatglas, bismuthaltigen Gläsern und Zink-Bismut-haltigen Gläsern. Möglich sind auch andere dem Fachmann bekannte optische Gläser.
Der transparente Kunstoff kann ein hochbrechender Kunststoff oder niederbrechende Kunststoff sein.
Durch Totalreflexion werden die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung durch den Kern 2a geführt. Die Länge l des Lichtleiters 2 beträgt dabei ein Vielfaches des Durchmessers d des Kerns 2a. Insbesondere weist der Lichtleiter 2 einen Kern 2a mit einem Durchmesser d von einschließlich 0,5 mm bis einschließlich 5 mm und eine Länge l von einschließlich 5 mm bis einschließlich 100 cm auf. Es handelt sich somit insbesondere um einen makroskopischen Lichtleiter. Die Hülle 2b kann eine Dicke von einschließlich 1 µm bis einschließlich 500 µm aufweisen. Ein Bauelement 10 mit einem solchen Lichleiter 2 kann beispielsweise für die Bildprojektion in Projektionslichtquellen eingesetzt werden. Zusätzlich kann eine weitere Hülle (nicht gezeigt) über der Hülle 2b beispielweise zur Wärmeableitung und/oder mechanischen Stabilisierung angeordnet sein.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lichtleiters 2, der ebenfalls in dem optoelektronischen Bauelement 10 der 1 enthalten sein kann. Bei dem Lichtleiter 2 dieser Ausführungsform handelt es sich um eine photonische Kristallfaser. Die photonische Kristallfaser weist einen Kern 2a, eine Hülle 2b und eine weitere Hülle 2c auf. Der Kern 2a besteht aus einem Glas, beispielsweise „N-SF6“ von Schott, und einem Konvertermaterial. Das Konvertermaterial ist in dem Glas verteilt, bevorzugt homogen verteilt. Die Hülle 2b ist aus Kapillaren 4 mit jeweils einem Hohlraum gebildet. Die Kapillaren 4 sind dabei so ausgerichtet, dass deren Hohlräume parallel zur Haupterstreckungsrichtung H des Kerns 2a ausgerichtet sind. Die Kapillaren 4 sind bevorzugt aus dem gleichen Glas wie der Kern 2a gebildet und somit bevorzugt aus „N-SF6“. Durch diese Anordnung der Kapillaren 4 bildet sich ein photonischer Kristall. Die weitere Hülle 2c kann beispielsweise aus einem Glas gebildet sein und dient der mechanischen Stabilisierung. Der Kern 2a des Lichtleiters 2 weist einen Durchmesser zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 500 µm auf, bevorzugt zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 200 µm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 75 µm und einschließlich 125 µm, beispielsweise 100 µm. Mit einem Kerndurchmesser zwischen einschließlich 75 µm und einschließlich 125 µm ist eine besonders effiziente Einkopplung der Primärstrahlung möglich. Es handelt sich somit insbesondere um einen mikroskopischen Lichtleiter. Die Länge l des Lichtleiters 2 und des Kerns 2a kann insbesondere zwischen einschließlich 5 mm und einschließlich 100 cm aufweisen. Die in dem Kern 2a der photonischen Kristallfaser eingebetteten Konvertermaterialien konvertieren die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung. Dabei wird die Sekundärstrahlung ungerichtet emittiert, mit anderen Worten erfolgt die Emission der Sekundärstrahlung in alle Raumrichtungen. Da die Hülle 2b der photonischen Kristallfaser im Gegensatz zu den Hüllen anderer Lichtleiter vollkommen unabhängig oder nahezu unabhängig von der Richtung der einfallenden Strahlung diese zurück in den Kern 2a reflektiert, können Verluste durch Transmission der Sekundärstrahlung durch die Hülle sehr stark reduziert werden. Dadurch wird die Effizienz des Bauelements erhöht. Zudem wird die Strahlung gebündelt und die Erhöhung der Etendue kann verhindert werden. Für viele Anwendungen, wie in Endoskopen oder akzentuierten Beleuchtungen, wird eng gebündelte Strahlung und somit Strahlung mit einer kleinen Etendue benötigt. Vorteilhafterweise kann erfindungsgemäß auf weitere Maßnahmen, wie der Einsatz von Reflektoren, verzichtet werden beziehungsweise sind weniger aufwendige Reflektoren oder optische Elemente ausreichend.
4 zeigt einen Querschnitt beziehungsweise eine Draufsicht des in 3 gezeigten Lichtleiters 2.
Die 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

10: optoelektronisches Bauelement
1: Primärlichtquelle
2: Lichtleiter
2a: Kern
2b: Hülle
2c: weitere Hülle
4: Kapillare
5: Lichtaustrittsfläche
6: Lichteintrittsfläche
G: Gesamtstrahlung
P: Primärstrahlung
H: Haupterstreckungsrichtung
l: Länge des Lichtleiters
d: Durchmesser des Kerns

Claims

Optoelektronisches Bauelement (10) umfassend - eine Primärlichtquelle (1), die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Primärstrahlung (P) zu emittieren und - ein Lichtleiter (2), der im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung (P) angeordnet ist und einen Kern (2a) aufweist, der zumindest ein Konvertermaterial umfasst, das dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung (P) zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1, wobei der Lichtleiter (2) und/oder der Kern (2a) eine Länge zwischen 5 mm und 10 Metern, bevorzugt zwischen 1 cm und einem Meter aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtleiter (2) den Kern (2a) und eine Hülle (2b) aufweist, wobei die Hülle (2b) den Kern (2a) zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, ummantelt.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern (2a) ein Glas, eine keramische Matrix oder einen transparenten Kunststoff aufweist, in dem das Konvertermaterial eingebettet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 4, wobei für den Unterschied der Brechungsindices Δn_D ²⁰ des Glases oder des transparenten Kunststoffs und dem Konvertermaterial gilt: Δn_D ²⁰ ≤ 0.5, bevorzugt Δn_D ²⁰ ≤ 0.25, besonders bevorzugt Δn_D ²⁰ ≤ 0.05.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konvertermaterial über das gesamte Volumen des Kerns (2a) des Lichtleiters (2) verteilt ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konvertermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die anorganische Konversionsleuchtstoffe, organische Leuchtstoffe, Quantenpunkte, Metallionen, nicht lineare optische Konvertermaterialien und Kombinationen daraus umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärlichtquelle (1) zumindest eine lichtemittierende Diode oder zumindest eine Laserdiode umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Lichtleiter (2) um eine photonische Kristallfaser handelt.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 9, wobei der Kern (2a) einen Durchmesser zwischen einschließlich 2 µm und einschließlich 500 µm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Hülle (2b) des Lichtleiters (2) aus einem Material gebildet ist, das einen kleineren Brechungsindex aufweist als der Kern (2a).
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Hülle (2b) des Lichtleiters (2) aus einem Material gebildet ist, das reflektierend für die Primär- und die Sekundärstrahlung ausgebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 12, wobei die Hülle (2b) aus einem reflektierenden Metall und/oder einem lichtstreuenden Material oder einem dichroitischen Material gebildet ist.
Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Kern (2a) einen Durchmesser (d) von einschließlich 0,5 mm bis einschließlich 5 mm aufweist oder eine rechteckige Form mit Kantenlängen von einschließlich 0,5 mm bis einschließlich 5 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 14 umfassend die Verfahrensschritte A) Mischen eines Glases oder eines transparenten Kunststoffs mit einem Konvertermaterial, B) Herstellen eines Stabs aus dem unter A) hergestellten Gemisch, B1) Faserziehen aus dem unter B) hergestellten Stab zur Bildung des Kerns (2a), C) Ummanteln des Kerns (2a) mit einer Hülle (2b) zur Bildung eines Lichtleiters (2), und D) Anordnen des unter C) hergestellten Lichtleiters (2) über einer Primärstrahlungsquelle (1).
Verwendung eines optoelektronischen Bauelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Endoskop, zur Bildbeleuchtung, zur Innen- und Außenbeleuchtung von Gebäuden, in Designelementen, in Scheinwerfern, in Projektionslichtquellen oder in Lichtquellen für Bühnenbeleuchtungen.