DE102017130136A1

DE102017130136A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102017130136A1
Application number: DE102017130136.4A
Authority: DE
Inventors: David O'Brien; Britta Göötz; Rainer Butendeich
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-19
Also published as: WO2019115539A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfassend einen Halbleiterchip mit einem aktiven Bereich, der in einem eingeschalteten Zustand elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Spektrum emittiert und ein Wellenlängenkonversionselement, das dem Halbleiterchip im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und zumindest teilweise elektromagnetische Strahlung mit dem ersten Spektrum in elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten Spektrum konvertiert. Weiter umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Farbanpassungsschicht, die dem Wellenlängenkonversionselement im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und die zumindest einen Teil einer von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektiert. Wobei von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierte elektromagnetische Strahlung einen ersten Farbort aufweist, und wobei eine Mischstrahlung, enthaltend die von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierte elektromagnetische Strahlung und die von außen auf die Farbanpassungsschicht einfallende und von der Farbanpassungsschicht reflektierte elektromagnetische Strahlung, einen zweiten Farbort aufweist, wobei der zweite Farbort näher an einem Weißpunkt liegt als der erste Farbort.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann es sich insbesondere um ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauelement handeln, das in einem eingeschalteten Zustand elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Wellenlängenkonversionselement anzugeben, das in einem ausgeschalteten Zustand einen veränderten Farbeindruck aufweist. Insbesondere soll dadurch ein unerwünschter Farbeindruck im ausgeschalteten Zustand vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterchip mit einem aktiven Bereich, der in einem eingeschalteten Zustand elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Spektrum emittiert. Spektrum bezeichnet eine spektrale Verteilung von elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einer spektralen Komponente mit einer Wellenlänge oder einer Mehrzahl von spektralen Komponenten mit mehreren Wellenlängen und/oder Bereichen von Wellenlängen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Wellenlängenkonversionselement, das dem Halbleiterchip im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und zumindest teilweise elektromagnetische Strahlung mit dem ersten Spektrum in elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten Spektrum konvertiert. Das Wellenlängenkonversionselement kann beispielsweise mit einer blau emittierenden Lichtquelle angeregt werden und einen Teil des blauen Lichtes in gelbes Licht konvertieren. Durch die additive Mischung dieser Farben ergibt sich für einen Betrachter ein Eindruck von weißem Licht.
Das Wellenlängenkonversionselement umfasst zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoff. Der Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei beispielsweise Partikel aus der Gruppe der Cer-dotierten Granate aufweisen, dabei insbesondere Cer-dotiertes Yttriumaluminiumgranat (Y₃Al₅O₁₂:Ce, YAG:Ce), Cer-dotiertes Terbiumaluminiumgranat (TAG:Ce), Cer-dotiertes Terbium-Yttriumaluminiumgranat (TbYAG:Ce), Cer-dotiertes Gadolinium-Yttriumaluminiumgranant (GdYAG:Ce) und Cer-dotiertes Gadolinium-Terbium-Yttriumaluminiumgranat (GdTbYAG:Ce). Weitere mögliche Wellenlängenkonversionsstoffe können beispielsweise folgende sein:

- Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, wie beispielsweise in der Druckschrift US 2004062699 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird,
- Nitride, Sione und Sialone, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 10147040 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird,
- Orthosilikate, Sulfide, und Vanadate wie beispielsweise in der Druckschrift WO 00/33390 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird,
- Chlorosilikate, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 10036940 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird, und
- Aluminate, Oxide, Halophosphate, wie beispielsweise in der Druckschrift US 6,616,862 B2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird.

Weiterhin kann das Wellenlängenkonversionselement auch geeignete Mischungen und Kombinationen der genannten Wellenlängenkonversionsstoffe umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Farbanpassungsschicht, die dem Wellenlängenkonversionselement im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und die zumindest einen Teil einer von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektiert. Als reflektierte elektromagnetische Strahlung ist nicht nur eine Reflexion im Sinne einer Spiegelung oder diffusen Streuung zu verstehen, sondern insbesondere auch elektromagnetische Strahlung, die von einem Konverter zunächst konvertiert und anschließend re-emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierte elektromagnetische Strahlung einen ersten Farbort auf. Als Farbort ist im Folgenden der Punkt auf der Normfarbtafel CIE 1931 2° zu verstehen, der dem Farbeindruck der jeweiligen emittierten elektromagnetischen Strahlung entspricht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist eine Mischstrahlung enthaltend die von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierte elektromagnetische Strahlung und die von außen auf die Farbanpassungsschicht einfallende und von der Farbanpassungsschicht reflektierte elektromagnetische Strahlung einen zweiten Farbort auf. Sowohl das Wellenlängenkonversionselement als auch die Farbanpassungsschicht reflektieren von außen einfallende elektromagnetische Strahlung, die sich zu einer Mischstrahlung überlagert. Durch die additive Farbmischung entsteht für den Betrachter eine Strahlung mit einem zweiten Farbort.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements liegt der zweite Farbort näher an einem Weißpunkt als der erste Farbort. Das heißt, es entsteht eine Weißverschiebung durch die Mischung der beiden Strahlungen. Somit ist für den Betrachter der Farbeindruck des Wellenlängenkonversionselements in Verbindung mit der reflektierten Strahlung der Farbanpassungsschicht hin zu einem weißen Farbeindruck verschoben. Unter einem Weißpunkt ist im Zweifel der Weißpunkt für die Normlichtart D65 zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Halbleiterchip mit einem aktiven Bereich, der in einem eingeschalteten Zustand elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Spektrum emittiert,

- ein Wellenlängenkonversionselement, das dem Halbleiterchip im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und zumindest teilweise elektromagnetische Strahlung mit dem ersten Spektrum in elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten Spektrum konvertiert, und
- eine Farbanpassungsschicht, die dem Wellenlängenkonversionselement im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und die zumindest einen Teil einer von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektiert, wobei
- von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierte elektromagnetische Strahlung einen ersten Farbort aufweist,
- eine Mischstrahlung, enthaltend die von außen auf das Wellenlängenkonversionselement einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierte elektromagnetische Strahlung und die von außen auf die Farbanpassungsschicht einfallende und von der Farbanpassungsschicht reflektierte elektromagnetische Strahlung, einen zweiten Farbort aufweist, wobei
- der zweite Farbort näher an einem Weißpunkt liegt als der erste Farbort.

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Durch die Kombination eines mit einem blauen Spektrum emittierenden Halbleiterchips mit einem in einem gelben Spektrum emittierenden Wellenlängenkonversionselement erhält man ein effizientes weiß emittierendes optoelektronisches Halbleiterbauelement. Das Wellenlängenkonversionselement weist bevorzugt eine hohe Absorption für den blauen Spektralbereich der Emission des Halbleiterchips auf und re-emittiert das absorbierte Licht mit einem gelben Spektralbereich. Bedingt durch diese hohe Absorption des Wellenlängenkonversionselements im blauen Spektralbereich entsteht in einem ausgeschalteten Zustand des optoelektronischen Halbleiterbauelements für vom Wellenlängenkonversionselement reflektierte Strahlung ein gelber Farbeindruck. Als gelb oder gelblich gilt im Folgenden auch ein gelb-oranger oder ein oranger Farbeindruck. Dieser gelbe Farbeindruck kann, unter anderem bedingt durch Designvorgaben, ein unerwünschtes äußeres Aussehen des optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Folge haben.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine dem Wellenlängenkonversionselement im Strahlengang nachgeordnete Farbanpassungsschicht anzubringen. Diese Farbanpassungsschicht ist geeignet, einfallendes, zum Beispiel blaues Licht zu reflektieren. Das von der Farbanpassungsschicht reflektierte Licht überlagert sich zusammen mit dem von dem Wellenlängenkonversionselement reflektierten Licht zu einer Mischstrahlung. Dadurch ergibt sich für die Mischstrahlung ein weißer oder zumindest näher an einem Weißpunkt liegender Farbeindruck für den Betrachter.
Die Farbanpassungsschicht reflektiert einen Wellenlängenbereich der einen blauen Farbeindruck vermittelt, aber lässt die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung weitgehend ungehindert passieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Farbanpassungsschicht einen Filter, der zumindest einen Teil der von außen auf das Halbleiterbauelement einfallenden elektromagnetischen Strahlung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich reflektiert. Der Filter erstreckt sich bevorzugt vollständig über die Farbanpassungsschicht und kann beispielsweise von außen einfallendes blaues Licht reflektieren und gleichzeitig durchlässig sein für die Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips. Die Hauptemissionswellenlänge bezeichnet das globale Intensitätsmaximum der Emission über den gesamten Wellenlängenbereich. Für einen Filter mit einem klar begrenzten spektralen Filterbereich eignet sich beispielsweise ein Interferenzfilter (auch Bragg-Filter oder Bragg-Spiegel genannt).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Filter in einer Bandbreite einen Reflexionsgrad von mindestens 60%, bevorzugt von mindestens 80% auf und die Bandbreite des Filters weist eine langwellige Begrenzung auf, die mindestens 10 nm, bevorzugt mindestens 20 nm und besonders bevorzugt mindestens 30 nm von einer Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips beabstandet ist. Die Bandbreite des Filters ist die spektrale Bandbreite des Filters. Mit anderen Worten beschreibt die Bandbreite einen Wellenlängenbereich, in dem der Filter eine hohe Reflektivität aufweist. Beispielsweise weist der Filter über einen Wellenlängenbereich von 350 nm bis 430 nm und bevorzugt über einen Wellenlängenbereich von 350 nm bis 440 nm einen Reflexionsgrad von mindestens 60% und bevorzugt einen Reflexionsgrad von mindestens 80% auf. Mittels der Reflexion von einfallender elektromagnetischer Strahlung in diesem Wellenlängenbereich wird ein blauer Farbeindruck bei einem Betrachter hervorgerufen, wobei die Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips den Filter weitgehend ungehindert passieren kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Filter einen Bragg-Spiegel. Ein Bragg-Spiegel setzt sich aus einer Vielzahl von Brechungsindexvariationen entlang der Ausbreitungsrichtung einer elektromagnetischen Strahlung zusammen. Dadurch wird eine wellenlängenselektive Reflexion erzielt. Bei einer bestimmten Wellenlänge, der sogenannten Bragg-Wellenlänge, entsteht eine konstruktive Interferenz der Vielzahl an Teilreflexionen an der Vielzahl von aufeinander folgenden Brechungsindexsprüngen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Bandbreite des Filters nicht mit der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips überlagert. Insbesondere weist die Bandbreite des Filters einen minimalen Abstand zur Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips von mindestens 10 nm, bevorzugt von mindestens 20 nm, und besonders bevorzugt von mindestens 30 nm auf. So wird beispielsweise einfallendes blaues Licht reflektiert, während das vom Halbleiterchip emittierte Licht den Filter vorteilhaft ungehindert passieren kann. Mit anderen Worten, das langwellige Ende des Filters überlappt nicht mit der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Farbanpassungsschicht einen Konverter, der die von außen auf das Halbleiterbauelement einfallende elektromagnetischen Strahlung in längerwellige elektromagnetische Strahlung konvertiert, so dass die von der Farbanpassungsschicht reflektierte Strahlung in einem sichtbaren Bereich liegt. Der Konverter erstreckt sich bevorzugt vollständig über die Farbanpassungsschicht und konvertiert beispielsweise von außen einfallendes UV-Licht zu sichtbarer blauer Strahlung und re-emittiert diese wieder. Um eine Absorption der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung zu vermeiden, ist die Re-Emissionswellenlänge des Konverters so gewählt, dass sie verschieden ist von der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Konverter eine Hauptemissionswellenlänge in einem Bereich von 420 nm bis 430 nm auf. Eine Emission in diesem Wellenlängenbereich kann einen blauen Farbeindruck bei einem Betrachter hervorrufen und die Emission des Halbleiterchips bei einer Hauptemissionswellenlänge außerhalb dieses Wellenlängenbereichs vorteilhaft nicht stören.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Konverter eine Anordnung von Quantum-Dots. Unter Quantum-Dots versteht man Strukturen, deren Ausdehnung die Beweglichkeit von Ladungsträgern in allen drei Raumrichtungen so weit einschränkt, dass die Ladungsträger keine kontinuierlichen Energiezustände mehr einnehmen können, sondern nur noch diskrete Energiezustände zulässig sind. Durch Veränderung von Größe und Form dieser Strukturen lassen sich ihre optischen und elektrischen Eigenschaften gezielt manipulieren. Vorteilhaft lässt sich die nötige Anregungswellenlänge ebenso wie die Emissionswellenlänge gezielt einstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Konverter eine Hauptemissionswellenlänge auf, die verschieden ist von der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips. Insbesondere weist die Hauptemissionswellenlänge des Konverters einen Abstand zur Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips von mindestens 10 nm, bevorzugt von mindestens 20 nm, und besonders bevorzugt von mindestens 30 nm auf. Eine Anordnung von Quantum-Dots dient einer Konversion von elektromagnetischer Strahlung von einer Ausgangswellenlänge hin zu einer längeren Wellenlänge. Dadurch kann beispielsweise für das Auge unsichtbares UV-Licht zu einem für das Auge sichtbaren blauen Licht konvertiert und wieder abgestrahlt werden. Die Emission des Halbleiterchips bleibt dabei vorteilhaft ungestört. Mit anderen Worten, es soll vermieden werden, dass die Quantum-Dots direkt von der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips angeregt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Wellenlängenkonversionselement einen Abstand zum Halbleiterchip auf, der einem Vielfachen der Ausdehnung des Halbleiterchips entspricht. Diese Anordnung wird auch mit dem Begriff „Remote Phosphor“ beschrieben und zeichnet sich dadurch aus, dass der emittierende Halbleiterchip keinen stoffschlüssigen Kontakt mit dem Wellenlängenkonversionselement hat. Der Halbleiterchip erwärmt sich in einem eingeschalteten Zustand und gibt diese Wärme an seine direkte Umgebung ab. Die in einem Wellenlängenkonversionselement verwendeten Materialien sind mitunter temperaturempfindlich. Eine räumlich enge Anbindung des Wellenlängenkonversionsstoffes an den Halbleiterchip beschränkt daher die Verwendbarkeit der Wellenlängenkonversionsstoffe. Die Intensität der von dem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung nimmt mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterchip ab. Beabstandet vom Halbleiterchip können daher vorteilhaft auch Wellenlängenkonversionsstoffe verwendet werden, die nur einer begrenzten maximalen Strahlungsintensität ausgesetzt werden dürfen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements erweckt das optoelektronische Halbleiterbauelement in einem ausgeschalteten Zustand bei einem Betrachter einen von gelb verschiedenen Farbeindruck. Als gelb oder gelblich gilt im Folgenden eine Farbe, deren Farbort auf der CIE 1931 2° Normfarbtafel einen Wert in einem Bereich aufweist, der begrenzt wird von den Eckpunkten mit den Koordinaten (X=0,31/Y=0,32), (X=0,43/Y=0,55), (X=0,54/Y=0,44), (X=0,52/Y=0,415) und dem Verlauf der Planckschen Kurve (Black-Body-Kurve). Bei Anwendungen, in denen die Oberfläche des Halbleiterbauelements direkt sichtbar ist, wie beispielsweise einem Handyblitz oder einer Leuchte deren Leuchtmittel in einem ausgeschalteten Zustand sichtbar ist, ist es vorteilhaft, wenn der Farbeindruck im Auge des Betrachters keinen Gelbeindruck hervorruft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das erste Spektrum einen blauen Wellenlängenbereich und das zweite Spektrum einen gelben Wellenlängenbereich. Der blaue Wellenlängenbereich umfasst elektromagnetische Strahlung von 430 nm bis 490 nm, während der gelbe Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung von 560 nm bis 590 nm umfasst. Durch die additive Mischung der elektromagnetischen Strahlung des ersten Spektrums mit der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Spektrums entsteht für den Betrachter ein weißer Farbeindruck.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zwischen dem Wellenlängenkonversionselement und der Farbanpassungsschicht ein transparentes Substrat angeordnet, das Glas oder Kunststoff umfasst. Das Substrat dient vorzugsweise der mechanischen Stabilisierung des Aufbaus, und ist für die elektromagnetische Strahlung des ersten und des zweiten Spektrums transparent.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements emittiert der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung mit einer Hauptemissionswellenlänge von 450 nm. Für diese Hauptemissionswellenlänge gibt es zweckmäßige Halbleitermaterialien zur Herstellung eines Halbleiterchips mit einer hohen Effizienz.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Vorteile des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 die Reflektivität des Wellenlängenkonversionselements in Abhängigkeit der Wellenlänge sowie den resultierenden ersten Farbort,
3 die Reflektivität eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in Abhängigkeit der Wellenlänge gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel sowie die resultierende Verschiebung des ersten Farbortes,
4 die Reflektivität eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in Abhängigkeit der Wellenlänge gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel sowie die resultierende Verschiebung des ersten Farbortes,
5 die Reflektivität eines optoelektronischen Halbleiterbauelements in Abhängigkeit der Wellenlänge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sowie die resultierende Verschiebung des ersten Farbortes.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren 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 dargestellt sein.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterchip 10 mit einem aktiven Bereich 100 sowie ein Wellenlängenkonversionselement 20, ein Substrat 40 sowie eine Farbanpassungsschicht 30 umfassend einen Filter 301 und einen Konverter 302. Das Substrat 40 ist zwischen dem Filter 301 und dem Wellenlängenkonversionselement 20 angeordnet. Der Konverter 302 ist dem Filter 301 im Strahlengang der von dem Halbleiterchip 10 emittierten elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet.
Das Substrat 40 umfasst ein transparentes Material, vorzugsweise Glas, und dient der mechanischen Stabilisierung. Der Filter 301 ist zwischen dem Konverter 302 und dem Substrat 40 angeordnet. Der aktive Bereich 100 des Halbleiterchips 10 emittiert in einem eingeschalteten Zustand vorzugsweise sichtbares Licht bei einer Hauptemissionswellenlänge von 450 nm. Das Material des Wellenlängenkonversionselements 20 weist vorzugsweise ein Absorptionsmaximum bei 450 nm auf und konvertiert zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip 100 emittierten Strahlung zu einer Strahlung mit einer Hauptemissionswellenlänge von 570 nm.
Die additive Mischung der von dem Wellenlängenkonversionselement 20 re-emittierten Strahlung mit der Hauptemissionsstrahlung des Halbleiterchips 10 erzeugt einen weißen Farbeindruck. In einem ausgeschalteten Zustand wird der Farbeindruck des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 lediglich durch die Reflexion von von außen auf das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 einfallender elektromagnetischer Strahlung bestimmt. Das Wellenlängenkonversionselement 20 erscheint aufgrund der Lage seines Absorptionsmaximums bei einer Wellenlänge von 450 nm als gelblich. Der Filter 301 reflektiert vor allem blaues Licht in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 430 nm und erscheint für sich genommen blau.
Der Konverter 302 konvertiert für das Auge unsichtbares UV-Licht re-emittiert es wieder mit einer Wellenlänge von 440 nm. Das von dem Konverter 302 konvertierte Licht mischt sich mit dem von dem Filter 301 reflektierten Licht und dem von dem Wellenlängenkonversionselements 20 reflektierten Licht zu einer Mischstrahlung, deren Farbort sich gegenüber dem Farbort der von dem Wellenlängenkonversionselements 20 reflektierten Strahlung in Richtung eines Weißpunktes verschoben ist. Der gelbe Farbeindruck des Wellenlängenkonversionselements 20 in einem ausgeschalteten Zustand des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 ist dadurch vermindert oder vermieden.
2 zeigt die Reflektivität eines Wellenlängenkonversionselements 20 in Abhängigkeit der Wellenlänge. Das Diagramm der Reflektivität zeigt die Reflektivität des Wellenlängenkonversionselements 20 über einen Bereich von 350mn bis 700 nm. Die Reflektivität des Wellenlängenkonversionselements 20 zeigt ein lokales Minimum bei 450 nm. Der resultierende erste Farbort A liegt somit in einem Gelbton. Mit anderen Worten, Das Wellenlängenkonversionselement 20 ruft einen gelben Farbeindruck bei einem Beobachter hervor. Der erste Farbort A ist in einem Normvalenzsystem CIE 1931 des 2° Normalbeobachters dargestellt und mit einem Kreis markiert.
3 zeigt die Reflektivität eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst in diesem zweiten Ausführungsbeispiel ein Wellenlängenkonversionselement 20 mit einer aufgebrachten Farbanpassungsschicht 30. Das Diagramm der Reflektivität entspricht dem in 2 gezeigten Diagramm und ist lediglich um die Reflektivitätskurve der Farbanpassungsschicht 30 ergänzt. Die Farbanpassungsschicht 30 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Filter 301. Die Reflektivität des Filters 301 ist nahezu 1 für einen Bereich unterhalb von 430 nm. Dadurch ergibt sich eine blau wirkende reflektierte Strahlung. Diese blau wirkende reflektierte Strahlung mischt sich mit der gelblich wirkenden reflektierten Strahlung des Wellenlängenkonversionselements 20 und erzeugt eine Mischstrahlung. Diese Mischstrahlung besitzt einen zweiten Farbort B, der im Normenvalenzsystem durch einen Kreis verdeutlicht wird. Im nebenstehenden Normenvalenzsystem ist eine deutliche Verschiebung des ersten Farbortes A von gelb zum zweiten Farbort B in Richtung eines Weißpunktes erkennbar.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel und entspricht im Wesentlichen dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel. Jedoch erstreckt sich die Reflektivität des als die Farbanpassungsschicht 30 eingesetzten Filters 301 bis hin zu einer Wellenlänge von 440 nm. Dadurch ergibt sich eine noch weitere Verschiebung des zweiten Farbortes B hin in Richtung eines Weißpunktes.
5 zeigt die Reflektivität eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 in Abhängigkeit der Wellenlänge. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst ein Wellenlängenkonversionselement 20, eine Farbanpassungsschicht 30, umfassend einen Filter 301 und einen Konverter 302 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Filter 301 weist eine hohe Reflektivität in einem Bereich unterhalb von 430 nm auf. Der Konverter 302 konvertiert UV-Licht in ein sichtbares Licht bei 440 nm. Die Konversion dieser Strahlung ist in 5 durch einen Pfeil im Diagramm der Reflektivität symbolisiert. Die von dem Filter 301 reflektierte Strahlung addiert sich mit der von dem Konverter 302 re-emittierten Strahlung mit einer Hauptemissionswellenlänge von 440 nm. Dadurch ergibt sich vorteilhaft eine noch weitere Verschiebung des zweiten Farbortes B hin in Richtung eines Weißpunktes.
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

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
10: Halbleiterchip
100: aktiver Bereich
20: Wellenlängenkonversionselement
30: Farbanpassungsschicht
301: Filter
302: Konverter
40: Substrat
A: erster Farbort
B: zweiter Farbort
A: Wellenlänge
R: Reflektivität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2004062699 A1 [0005]
DE 10147040 A1 [0005]
WO 0033390 A1 [0005]
DE 10036940 A1 [0005]
US 6616862 B2 [0005]

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend - einen Halbleiterchip (10) mit einem aktiven Bereich (100), der in einem eingeschalteten Zustand elektromagnetische Strahlung mit einem ersten Spektrum emittiert, - ein Wellenlängenkonversionselement (20), das dem Halbleiterchip (10) im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und zumindest teilweise elektromagnetische Strahlung mit dem ersten Spektrum in elektromagnetische Strahlung mit einem zweiten Spektrum konvertiert, und - eine Farbanpassungsschicht (30), die dem Wellenlängenkonversionselement (20) im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung mit dem ersten Spektrum nachgeordnet ist und die zumindest einen Teil einer von außen auf das Wellenlängenkonversionselement (20) einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektiert, wobei - von außen auf das Wellenlängenkonversionselement (20) einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement (20) reflektierte elektromagnetische Strahlung einen ersten Farbort (A) aufweist, - eine Mischstrahlung, enthaltend die von außen auf das Wellenlängenkonversionselement (20) einfallende und von dem Wellenlängenkonversionselement (20) reflektierte elektromagnetische Strahlung und die von außen auf die Farbanpassungsschicht (30) einfallende und von der Farbanpassungsschicht (30) reflektierte elektromagnetische Strahlung, einen zweiten Farbort (B) aufweist, wobei - der zweite Farbort (B) näher an einem Weißpunkt liegt als der erste Farbort (A).
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Farbanpassungsschicht (30) einen Filter (301) umfasst, der zumindest einen Teil der von außen auf das Halbleiterbauelement (1) einfallenden elektromagnetischen Strahlung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich reflektiert.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Filter (301) in einer Bandbreite einen Reflexionsgrad von mindestens 60%, bevorzugt von mindestens 80% aufweist und wobei die Bandbreite des Filters (301) eine langwellige Begrenzung aufweist, die mindestens 10 nm, bevorzugt mindestens 20 nm und besonders bevorzugt mindestens 30 nm von einer Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips (10) beabstandet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Filter (301) einen Bragg-Spiegel umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Filter (301) eine Bandbreite aufweist die nicht mit der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips (10) überlagert ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Farbanpassungsschicht (30) einen Konverter (302) umfasst, der die von außen auf die Farbanpassungsschicht (30) einfallende elektromagnetische Strahlung in längerwellige Strahlung konvertiert, so dass die von der Farbanpassungsschicht (30) reflektierte Strahlung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vom Konverter (302) reflektierte Strahlung eine Hauptemissionswellenlänge in einem Bereich von 420 nm bis 430 nm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem Anspruch 6 oder 7, wobei der Konverter (302) eine Anordnung von Quantum-Dots umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Konverter (302) eine Hauptemissionswellenlänge aufweist, die verschieden ist von der Hauptemissionswellenlänge des Halbleiterchips (10).
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wellenlängenkonversionselement (20) einen Abstand zum Halbleiterchip (10) aufweist, der einem Vielfachen der Ausdehnung des Halbleiterchips (10) entspricht.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) in einem ausgeschalteten Zustand bei einem Betrachter einen von gelb verschiedenen Farbeindruck erweckt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Spektrum einen blauen Wellenlängenbereich umfasst und das zweite Spektrum einen gelben Wellenlängenbereich umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Wellenlängenkonversionselement (20) und der Farbanpassungsschicht (30) ein transparentes Substrat (40) angeordnet ist, und das Substrat (40) aus Glas oder Kunststoff gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) elektromagnetische Strahlung mit einer Hauptemissionswellenlänge von 450 nm emittiert.