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Es wird ein strahlungsemittierendes Bauteil angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Bauteil anzugeben, das eine besonders hohe Leuchtdichte aufweist.
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Es wird ein strahlungsemittierendes Bauteil angegeben, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, emittiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauteil einen ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der zur Erzeugung von einer ersten elektromagnetischen Primärstrahlung ausgebildet ist, und einen zweiten strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der zur Erzeugung von einer zweiten elektromagnetischen Primärstrahlung ausgebildet ist. Beispielsweise erzeugt der erste strahlungsemittierende Halbleiterchip die erste Primärstrahlung, die von der vom zweiten strahlungsemittierenden Halbleiterchip erzeugten zweiten Primärstrahlung verschieden ist. Das heißt, die beiden strahlungsemittierenden Halbleiterchips erzeugen dann Primärstrahlung in voneinander unterschiedlichen Wellenlängenbereichen, zum Beispiel Licht unterschiedlicher Farbe.
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Weiterhin ist es möglich, dass die erste Primärstrahlung gleich der zweiten Primärstrahlung ist.
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Die erste und die zweite Primärstrahlung kann beispielsweise nahultraviolette Strahlung, sichtbares Licht und/oder nahinfrarote Strahlung sein.
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Zumindest einer der Halbleiterchips kann beispielsweise ein Oberflächenemitter sein, bei dem die emittierte Strahlung zum Großteil, zum Beispiel über 80 % der Strahlungsleistung, über eine Strahlungsaustrittsfläche austritt, die durch eine Hauptfläche des ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchips oder durch eine Hauptfläche des zweiten strahlungsemittierenden Halbleiterchips gebildet ist.
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Zumindest einer der Halbleiterchips kann beispielsweise ein Seitenflächenemitter sein, bei denen die emittierte Strahlung zum Großteil, zum Beispiel über 80 % der Strahlungsleistung, über eine Strahlungsaustrittsfläche austritt, die von einer Seitenfläche des ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchips und/oder von einer Seitenfläche des zweiten strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst ist. Diese verlaufen zum Beispiel jeweils quer zur Hauptfläche des zugehörigen strahlungsemittierenden Halbleiterchips.
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Ferner kann zumindest einer der Halbleiterchips ein volumenemittierender Halbleiterchip sein, der die emittierte Primärstrahlung nicht nur über eine einzige Hauptfläche aussendet, sondern auch über die Seitenfläche. Zum Beispiel treten beim Volumenemitter wenigstens 30 % Strahlungsleistung der emittierten Strahlung durch die Seitenfläche aus.
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Zumindest einer der Halbleiterchips kann auf zumindest einem Montageelement angeordnet sein. Hierbei ist zumindest einer der Halbleiterchips bevorzugt mit einem elektrischen Kontakt elektrisch leitend auf dem zumindest einen Montageelement angeordnet. Das zumindest eine Montageelement enthält beispielsweise ein Metall oder besteht beispielsweise aus einem Metall. Das zumindest eine Montageelement enthält oder besteht beispielsweise aus einem der folgenden Materialien: Kupferwolfram, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid.
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Der erste strahlungsemittierende Halbleiterchip und der zweite strahlungsemittierende Halbleiterchip können auf einem Träger angeordnet sein. Insbesondere kann das zumindest eine Montageelement auf dem Träger angeordnet sein.
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Der Träger weist beispielsweise eine Haupterstreckungsebene auf. Die vertikale Richtung erstreckt sich senkrecht zur Haupterstreckungsebene und die lateralen Richtungen erstrecken sich parallel zur Haupterstreckungsebene. Bevorzugt sind der erste Halbleiterchip und der zweite Halbleiterchip in lateralen Richtungen beabstandet voneinander angeordnet.
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Weiterhin kann der Träger mit dem ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem zweiten strahlungsemittierenden Halbleiterchip in elektrisch leitfähigem Kontakt stehen. Der Träger ist beispielsweise aus einem metallischen und/oder keramischen Material gebildet oder besteht daraus. Der Träger ist oder umfasst beispielsweise eine Leiterplatte (englisch circuit board) oder einen Anschlussrahmen (englisch leadframe).
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauteil ein erstes Konversionselement, das die erste und/oder die zweite elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in eine erste Sekundärstrahlung konvertiert. Das erste Konversionselement umfasst Leuchtstoffpartikel, die dazu ausgebildet sind, einen Teil der ersten und/oder der zweiten Primärstrahlung in eine erste Sekundärstrahlung zu konvertieren. Das heißt, die Leuchtstoffpartikel können jeweils erste und/oder zweite elektromagnetische Primärstrahlung in erste elektromagnetische Sekundärstrahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandeln. Insbesondere kann die erste Sekundärstrahlung größere Wellenlängen als die erste und die zweite Primärstrahlung umfassen. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten und der zweiten elektromagnetischen Primärstrahlung um blaues oder ultraviolettes Licht. Die erste elektromagnetische Sekundärstrahlung kann beispielsweise grünes, gelbes oder rotes Licht sein.
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Das erste Konversionselement umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial, in das die Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz, etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien, oder um ein keramisches Material handeln. Die Leuchtstoffpartikel verleihen der Konversionsschicht die längenwellenkonvertierenden Eigenschaften.
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Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone, Quantum dots. Diese Materialien können auch ohne Matrixmaterial Verwendung finden. Das erste Konversionselement kann dann aus einem der Materialien gebildet sein oder daraus bestehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste strahlungsemittierende Halbleiterchip eine Halbleiterlaserdiode. Die Halbleiterlaserdiode emittiert im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung, wie monochromatisches und kohärentes Laserlicht. Das Laserlicht wird bevorzugt über die Seitenfläche der Halbleiterlaserdiode ausgekoppelt. Die Seitenfläche der Halbleiterlaserdiode steht bevorzugt senkrecht auf der ersten Montagefläche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste elektromagnetische Primärstrahlung blaue Primärstrahlung. Die blaue Primärstrahlung ist insbesondere blaues Licht. Eine Peakwellenlänge der blauen Primärstrahlung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 400 nm und einschließlich 490 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Sekundärstrahlung eine grüne Sekundärstrahlung. Insbesondere konvertiert das erste Konversionselement die blaue Primärstrahlung teilweise in grüne Sekundärstrahlung. Die grüne Sekundärstrahlung ist insbesondere grünes Licht. Eine Peakwellenlänge der grünen Sekundärstrahlung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 490 nm und einschließlich 580 nm.
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Alternativ ist es möglich, dass das erste Konversionselement die blaue Primärstrahlung teilweise in gelbe oder andersfarbige Sekundärstrahlung umwandelt.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauteil einen ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der zur Erzeugung von einer ersten elektromagnetischen Primärstrahlung ausgebildet ist, und einen zweiten strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der zur Erzeugung von einer zweiten elektromagnetischen Primärstrahlung ausgebildet ist, ein erstes Konversionselement, das die erste und/oder die zweite elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in eine erste Sekundärstrahlung konvertiert, wobei der erste strahlungsemittierende Halbleiterchip eine erste Halbleiterlaserdiode ist, die erste elektromagnetische Primärstrahlung blaue Primärstrahlung ist und die erste Sekundärstrahlung eine grüne Sekundärstrahlung ist.
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Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauteils ist unter anderem, Halbleiterlaser beispielsweise in einer Blitzlicht-Anwendung zu verwenden. Durch Verwendung eines Halbleiterlasers können vorteilhafterweise hohe Leuchtdichten an einem zu belichtenden Objekt erzeugt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zweite elektromagnetische Primärstrahlung eine rote Primärstrahlung. Die rote Primärstrahlung ist insbesondere rotes Licht. Eine Peakwellenlänge der roten Primärstrahlung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 610 nm und einschließlich 780 nm. Beispielsweise können sich die erste Primärstrahlung, die zweite Primärstrahlung und die erste Sekundärstrahlung zu weißem Mischlicht mischen. Zum Beispiel umfasst das weiße Mischlicht damit spektrale Anteile vom roten, grünen und blauen Licht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Halbleiterchip ein erster kantenemittierender Halbleiterlaserchip, der im Betrieb die erste Primärstrahlung über eine erste Seitenfläche emittiert. Der erste kantenemittierende Halbleiterlaserchip ist beispielsweise dazu ausgebildet, die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung in Richtung parallel zu einer aktiven, strahlungserzeugenden Zone des ersten Halbleiterlaserchips zu emittieren. Die erste Seitenfläche des ersten Halbleiterlaserchips bildet dabei eine erste Strahlungsaustrittsfläche.
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Die erste Strahlungsaustrittsfläche ist beispielsweise senkrecht oder quer zur Hauterstreckungsebene der aktiven Zone des ersten Halbleiterlaserchips orientiert, die sich in lateralen Richtungen erstreckt. Quer heißt, dass die Facette herstellungsbedingt eine Schräge aufweisen kann und zum Beispiel eine Abweichung von ±5° zu einer senkrecht zur Hauptfläche stehenden Ebene aufweisen kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Halbleiterchip ein zweiter kantenemittierender Halbleiterlaserchip oder eine strahlungsemittierende Leuchtdiode. Ist der zweite Halbleiterchip ein zweiter kantenemittierender Halbleiterlaserchip, so ist der zweite kantenemittierende Halbleiterlaserchip beispielsweise dazu ausgebildet, die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung in Richtung parallel zu einer aktiven, strahlungserzeugenden Zone des zweiten Halbleiterlaserchips zu emittieren, die sich in lateralen Richtungen erstreckt.
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Handelt es sich bei dem zweiten Halbleiterchip um eine Leuchtdiode, so kann es sich um einen wie oben beschriebenen Oberflächenemitter oder Volumenemitter handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Halbleiterchip eine zweite Strahlungsaustrittsfläche auf, von der im Betrieb die zweite Primärstrahlung emittiert wird. Handelt es sich bei dem zweiten Halbleiterchip um einen zweiten kantenemittierenden Halbleiterlaserchip, emittiert der zweite kantenemittierende Halbleiterlaserchip im Betrieb Primärstrahlung über eine zweite Seitenfläche. Die zweite Seitenfläche des zweiten Halbleiterlaserchips bildet dabei eine zweite Strahlungsaustrittsfläche. Die zweite Strahlungsaustrittsfläche ist beispielsweise senkrecht oder quer zur Haupterstreckungsebene der aktiven Zone des zweiten Halbleiterlaserchips orientiert.
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Für den Fall, dass der zweite Halbleiterchip eine Leuchtdiode ist, kann es sich beispielsweise um einen Oberflächenemitter handeln. Die zweite Strahlungsaustrittsfläche ist in diesem Fall beispielsweise durch die Hauptfläche des zweiten Halbleiterchips gebildet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Seitenfläche des ersten Halbleiterchips gegenüber der zweiten Strahlungsaustrittsfläche des zweiten Halbleiterchips angeordnet. Die erste Seitenfläche beziehungsweise die erste Strahlungsaustrittsfläche ist senkrecht oder quer zu der Haupterstreckungsebene angeordnet. Weiterhin ist die zweite Seitenfläche beziehungsweise die zweite Strahlungsaustrittsfläche senkrecht oder quer zur Haupterstreckungsebene angeordnet. Die Seitenflächen beziehungsweise die Strahlungsaustrittsflächen weisen einen Abstand zueinander auf und stehen sich gegenüber.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein zweites Konversionselement auf der zweiten Strahlungsaustrittsfläche des zweiten Halbleiterchips angeordnet. Beispielsweise ist das zweite Konversionselement direkt auf dem zweiten Halbleiterchip angeordnet und steht mit diesem in direktem Kontakt.
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Das zweite Konversionselement umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind, die dazu ausgebildet sind, einen Teil der zweiten Primärstrahlung in eine zweite Sekundärstrahlung zu konvertieren. Das heißt, die Leuchtstoffpartikel können jeweils zweite elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandeln. Insbesondere kann die zweite Sekundärstrahlung größere Wellenlängen als die zweite Primärstrahlung umfassen. Beispielsweise handelt es sich bei der zweiten elektromagnetischen Primärstrahlung um blaues oder ultraviolettes Licht. Die zweite elektromagnetische Sekundärstrahlung kann beispielsweise grünes, gelbes oder rotes Licht sein.
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Insbesondere können das Matrixmaterial und die Leuchtstoffpartikel des zweiten Konversionselements die in Verbindung mit dem ersten Konversionselement genannten Materialien umfassen oder daraus gebildet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform konvertiert das zweite Konversionselement die zweite elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in zweite Sekundärstrahlung und die zweite Sekundärstrahlung ist eine rote Sekundärstrahlung. Insbesondere konvertiert das zweite Konversionselement die blaue Primärstrahlung teilweise in rote Sekundärstrahlung.
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Die rote Sekundärstrahlung ist insbesondere rotes Licht. Eine Peakwellenlänge der roten Sekundärstrahlung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 650 nm und einschließlich 750 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite Sekundärstrahlung ein im Vergleich zur zweiten Primärstrahlung verbreitertes Emissionsspektrum auf. Handelt es sich bei dem zweiten Halbleiterchip beispielsweise um den zweiten kantenemittierenden Halbleiterlaserchip, weist die emittierte erste und zweite Primärstrahlung in der Regel ein Emissionsspektrum auf. Das Emissionsspektrum kann grafisch dargestellt werden, indem eine spektrale Intensität oder der spektrale Lichtstrom der von dem Halbleiterchip ausgesandten Primärstrahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge A dargestellt wird. Damit ist das Emissionsspektrum durch eine Kurve repräsentiert, bei der auf der x-Achse die Wellenlänge und auf der y-Achse die spektrale Intensität oder der spektrale Lichtstrom aufgetragen ist.
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Weiterhin weist das Emissionsspektrum ein Maximum und eine Halbwertsbreite auf. Der Begriff Halbwertsbreite bezieht sich dabei auf die Kurve des Emissionsspektrums mit dem Maximum, wobei die Halbwertsbreite derjenige Bereich auf der x-Achse ist, der zu den beiden y-Werten korrespondiert, die der Hälfte des Emissionsmaximums entsprechen.
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Bevorzugt weist das Emissionsspektrum des ersten kantenemittierenden Halbleiterlaserchips und des zweiten kantenemittierenden Halbleiterlaserchips beziehungsweise der ersten Primärstrahlung und der zweiten Primärstrahlung eine Halbwertsbreite kleiner oder gleich 10 nm auf. Die von dem zweiten Konversionselement konvertierte rote Sekundärstrahlung weist ebenfalls ein Emissionsspektrum auf.
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Eine Halbwertsbreite des Emissionsspektrums der roten Sekundärstrahlung ist bevorzugt größer oder gleich 50 nm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip ein erstes optisches Element angeordnet, das jeweils reflektierend für die erste Primärstrahlung und die zweite Primärstrahlung oder die zweite Sekundärstrahlung ausgebildet ist. Vorzugsweise weist das erste optische Element eine Reflektivität für die erste Primärstrahlung und die zweite Primärstrahlung oder die zweite Sekundärstrahlung von wenigstens 90 % auf. Durch das optische Element werden die erste Primärstrahlung und die zweite Primärstrahlung oder die zweite Sekundärstrahlung von den jeweiligen Strahlungsaustrittsflächen, die sich bevorzugt gegenüberliegen, auf das erste Konversionselement gelenkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste Halbleiterchip und der zweite Halbleiterchip innerhalb eines Gehäuses angeordnet, das an einer den Halbleiterchips gegenüberliegenden Deckfläche eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung durchdringt die Deckfläche vollständig und erstreckt sich bevorzugt in lateralen Richtungen. Weiterhin ist die Ausnehmung so im Gehäuse angeordnet, dass ein Großteil der ersten Primärstrahlung und der zweiten Primärstrahlung und/oder zweiten Sekundärstrahlung mittels des ersten optischen Elements durch die Ausnehmung durchtreten kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Konversionselement an oder in der Ausnehmung angeordnet und verdeckt diese vollständig oder verschließt diese. Beispielsweise überragt das erste Konversionselement die Ausnehmung in lateralen Richtungen. In diesem Fall kann das erste Konversionselement an einer den Halbleiterchips abgewandten oder zugewandten Außenfläche des Gehäuses angeordnet werden und die Ausnehmung verschließen. Alternativ kann das Konversionselement passgenau in der Ausnehmung angeordnet sein. In diesem Fall schließt eine der Halbleiterchips abgewandte und zugewandte Außenfläche des ersten Konversionselements plan mit der abgewandten und zugewandten Außenfläche des Gehäuses ab.
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Die mittels des ersten optischen Elements abgelenkte erste Primärstrahlung und zweite Primärstrahlung oder zweite Sekundärstrahlung kann so bevorzugt vom ersten Konversionselement teilweise konvertiert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauteil ein zweites Konversionselement, das die zweite elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in zweite Sekundärstrahlung konvertiert. Weiterhin ist die zweite Sekundärstrahlung eine rote Sekundärstrahlung. Das zweite Konversionselement umfasst dabei die gleichen Eigenschaften wie das zuvor beschriebene zweite Konversionselement.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite strahlungsemittierende Halbleiterchip eine zweite Halbleiterlaserdiode, die im Betrieb zweite Primärstrahlung erzeugt, die eine von der ersten Halbleiterlaserdiode erzeugten ersten Primärstrahlung verschiedene Polarisation aufweist. Die erste und die zweite Primärstrahlung ist eine elektromagnetische Welle, die sich entlang einer Ausbreitungsrichtung ausbreitet. Die elektromagnetische Welle kann beispielsweise in verschiedene Raumrichtungen schwingen. Die Polarisation beziehungsweise die Polarisationsrichtung gibt an, in welche Richtung diese elektromagnetische Welle in Bezug zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Das heißt, die elektromagnetische Welle, die in Verbindung mit der ersten und der zweiten Primärstrahlung gebracht werden kann, schwingt jeweils in eine andere Raumrichtung.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Primärstrahlung eine erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung und die zweite Primärstrahlung eine zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung. Die erste Strahlungsaustrittsfläche und die zweite Strahlungsaustrittsfläche sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet. Das heißt, die erste und die zweite Strahlungsaustrittsfläche stehen sich nicht gegenüber, sondern liegen in einer gemeinsamen Ebene. Beispielsweise kann die erste Primärstrahlung eine Polarisation aufweisen, die parallel oder senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der zweiten Primärstrahlung steht. Insbesondere ändert sich die senkrechte oder parallele Polarisation während einer ungehinderten Ausbreitung nicht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Polarisation der ersten linear polarisierten blauen Primärstrahlung um 90° gegenüber einer Polarisation der zweiten linear polarisierten blauen Primärstrahlung gekippt. Weist die erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung beispielsweise eine Polarisation auf, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verläuft, so ist die Polarisation der zweiten linear polarisierten blauen Primärstrahlung ebenfalls senkrecht zu dessen Ausbreitungsrichtung, steht aber im Wesentlichen senkrecht zur Polarisation der ersten linear polarisierten blauen Primärstrahlung. Im Wesentlichen senkrecht heißt, dass die Polarisation der zweiten linear polarisierten blauen Primärstrahlung eine Abweichung von höchstens 5° von einer Ebene aufweist, die senkrecht zur Polarisation der ersten linear polarisierten blauen Primärstrahlung und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung verläuft.
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Beispielsweise sind der erste Halbleiterchip und der zweite Halbleiterchip dazu ausgebildet, im Betrieb linear polarisierte blaue Primärstrahlung mit gleicher Polarisation zu emittieren. Die 90°-Verkippung der Polarisation kann bevorzugt durch eine 90°-Verkippung von einem der beiden Halbleiterchips erzielt werden. Beispielsweise sind der erste und der zweite Halbleiterchip jeweils auf einem ersten und einem zweiten Montageelement aufgebracht. Bevorzugt ist das erste Montageelement mit einer Hauptfläche auf den Träger aufgebracht. Das zweite Montageelement ist dann mit einer senkrecht zur Hauptfläche des ersten Montageelements stehenden Seitenfläche auf den Träger aufgebracht.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip ein Polarisationskoppler nachgeordnet. Der Polarisationskoppler weist beispielsweise zumindest einen reflektierenden Spiegel auf, der reflektierend für die erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung oder die zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung ist. Weiterhin umfasst der Polarisationskoppler beispielsweise zumindest einen halbdurchlässigen Spiegel, der für die erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung durchlässig ist und für die zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung reflektierend oder für die erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung reflektierend und für die zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung durchlässig. „Nachgeordnet“ heißt, dass der Polarisationskoppler relativ zu den Halbleiterchips derart angeordnet ist, dass die Primärstrahlung der Halbleiterchips diesen durchlaufen kann. Dazu kann zumindest ein optisches Element zwischen den Halbleiterchips und dem Polarisationskoppler angeordnet sein, das die Primärstrahlung der Halbleiterchips zum Polarisationskoppler, zum Beispiel mittels Reflektion und/oder Brechung, leitet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Polarisationskoppler dazu ausgebildet, die erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung und die zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung zu überlagern. Die resultierende polarisierte blaue Primärstrahlung ist eine Superposition der ersten linear polarisierten blauen Primärstrahlung und der zweiten linear polarisierten blauen Primärstrahlung. Vorteilhafterweise kann so eine Energiedichte erhöht werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite Konversionselement zwischen dem ersten Konversionselement und den Halbleiterchips angeordnet. Bevorzugt ist das zweite Konversionselement zwischen dem ersten Konversionselement und dem Polarisationskoppler angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite Konversionselement in einer Ebene mit dem ersten Konversionselement angeordnet. Bevorzugt ist in diesem Fall ein Strahlungsteiler dem Polarisationskoppler nachgeordnet, sodass eine aus dem Polarisationskoppler ausgekoppelte polarisierte blaue Primärstrahlung auf das zweite Konversionselement und das erste Konversionselement gelenkt werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das zweite Konversionselement einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich. Der erste Bereich kann die Form eines Zylinders aufweisen. Beispielsweise umgibt der zweite Bereich eine Außenfläche des ersten Bereichs. Das heißt, dass eine Mantelfläche des Zylinders des ersten Bereichs vollständig von dem zweiten Bereich umgeben sein kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Bereich dazu ausgebildet, die erste und die zweite Primärstrahlung zu transmittieren, und der zweite Bereich ist dazu ausgebildet, die erste und die zweite Primärstrahlung teilweise in rote Sekundärstrahlung zu konvertieren. Beim ersten Bereich kann es sich um eine Aussparung handeln. Mittels einer Größe der Querschnittsfläche des ersten Bereichs und einer Größe der Querschnittsfläche des zweiten Bereichs kann so das Verhältnis der transmittierten ersten und zweiten Primärstrahlung zu konvertierter roter Sekundärstrahlung eingestellt werden. Außerdem kann die Erwärmung des zweiten Bereichs durch die Größe des ersten Bereichs begrenzt werden. Im Betrieb des strahlungsemittierenden Bauteils kann sich der zweite Bereich stark erwärmen. Da im ersten Bereich keine Primärstrahlung in rote Sekundärstrahlung konvertiert wird, kann die Erwärmung des zweiten Konversionselements begrenzt werden. Weiterhin kann der erste Bereich auch mittels eines strahlungsdurchlässigen Materials, beispielsweise mit einem transparenten oder transluzenten Material gebildet sein, also einem Material, das für die Primärstrahlung durchlässig oder teildurchlässig ist und keine Konversion in rote Sekundärstrahlung bewirkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Bereich im Zentrum des zweiten Konversionselements angeordnet und ist vom zweiten Bereich umgeben. Beispielsweise kann das erste Konversionselement die Form und die Größe des ersten Bereichs des zweiten Konversionselements aufweisen und diesem nachgeordnet sein. Die transmittierte erste und zweite Primärstrahlung kann bevorzugt teilweise vom ersten Konversionselement in grüne Sekundärstrahlung konvertiert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem zweiten Konversionselement und dem Halbleiterchip ein Farbfilter angeordnet. Bevorzugt ist der Farbfilter zwischen dem zweiten Konversionselement und dem Polarisationsfilter angeordnet. Insbesondere bevorzugt kann der Filter direkt auf dem zweiten Konversionselement angeordnet sein. Eine dem zweiten Konversionselement abgewandte Strahlungseintrittsfläche des Farbfilters kann zumindest stellenweise mit einer Antireflexionsbeschichtung bedeckt sein. Weiterhin kann zwischen der Antireflexionsbeschichtung und dem Farbfilter ein transparenter Kühlkörper angeordnet sein. Der Kühlkörper ist beispielsweise aus Saphir gebildet.
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Zusätzlich oder alternativ kann ein weiterer Farbfilter auf einer Strahlungseintrittsfläche des ersten Konversionselements angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Farbfilter ein dichroitischer Farbfilter, der dazu ausgebildet ist, lediglich blaue Primärstrahlung zu transmittieren. Ist der Farbfilter auf dem zweiten Konversionselement angeordnet, transmittiert dieser blaue Primärstrahlung, sodass lediglich die blaue Primärstrahlung vom zweiten Konversionselement konvertiert werden kann. Dies erhöht mit Vorteil eine optische Effizienz des strahlungsemittierenden Bauteils. Ist ein weiterer Farbfilter auf der Strahlungseintrittsfläche des ersten Konversionselements angeordnet, ist dieser dazu ausgebildet, blaue Primärstrahlung und rote Sekundärstrahlung zu transmittieren.
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Bevorzugt sind der Farbfilter und der weitere Farbfilter durch eine Schichtenfolge gebildet. Beispielsweise umfasst die Schichtenfolge Schichten mit einem niedrigen Brechungsindex, wie beispielsweise SiO2, und Schichten mit einem hohen Brechungsindex, wie beispielsweise TiO2, NiO10 oder TaO10.
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Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform sind das erste Konversionselement und das zweite Konversionselement in einer Halterung angeordnet, mit der ein Strahlengang der ersten und zweiten Primärstrahlung und der ersten und zweiten Sekundärstrahlung einstellbar ist. Die Halterung ist bevorzugt reflektierend für die erste und die zweite Primärstrahlung ausgebildet und weist eine Reflektivität für die genannten Strahlungen von wenigstens 90 % auf. Bevorzugt wird so ein Großteil der genannten Strahlung auf das erste und das zweite Konversionselement gelenkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist dem ersten Konversionselement ein zweites optisches Element nachgeordnet. Mittels dem zweiten optischen Element kann die konvertierte erste und zweite Sekundärstrahlung und die transmittierte erste und zweite Primärstrahlung geformt und/oder umgelenkt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform mischen sich Primärstrahlung und Sekundärstrahlung zu einem warmweißen Mischlicht. Beispielsweise werden die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung im ersten Konversionselement gemischt. Die relativen Anteile der ersten Primärstrahlung, der zweiten Primärstrahlung und der ersten Sekundärstrahlung oder der ersten Primärstrahlung, der zweiten Sekundärstrahlung und der ersten Sekundärstrahlung regeln damit den Farbort und die Farbtemperatur der Mischstrahlung, sodass durch Mischung der genannten Strahlungen ein warmweißes Mischlicht erzeugt werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Leuchtdichte des Mischlichts zwischen 400 und 1300 cd/mm2. Durch die Verwendung von zumindest einer Halbleiterlaserdiode ist die Leuchtdichte vergleichsweise hoch, sodass das strahlungsemittierendes Bauteil vorteilhafterweise in Blitzlicht (englisch: Flash)-Anwendungen Verwendung finden kann.
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Des Weiteren wird ein strahlungsemittierendes Bauteil angegeben, das lediglich einen ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchip umfasst, der zur Erzeugung von erster elektromagnetischer Primärstrahlung ausgebildet ist. Sämtliche in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchip offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind auch in Verbindung mit dem hier beschriebenen ersten strahlungsemittierenden Halbleiterchip anwendbar und umgekehrt.
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Weiterhin umfasst das strahlungsemittierende Bauteil ein erstes Konversionselement, das die erste elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in eine grüne Sekundärstrahlung konvertiert, und ein zweites Konversionselement, das die erste elektromagnetische Primärstrahlung teilweise in eine rote Sekundärstrahlung konvertiert, wobei der erste strahlungsemittierende Halbleiterchip eine erste Halbleiterlaserdiode ist, und die erste elektromagnetische Primärstrahlung blaue Primärstrahlung ist. Weiterhin sind sämtliche in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Konversionselementen offenbarten Merkmale und Ausführungsformen auch in Verbindung mit dem hier beschriebenen ersten Konversionselement und zweiten Konversionselement anwendbar und umgekehrt.
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Im Folgenden wird das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 schematische Darstellung eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 3 schematische Darstellung eines Konversionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 4 schematische Schnittdarstellung von Konversionselementen eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 5 und 6 schematische Filterdiagramme gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel, und
- 7 und 8 schematische Darstellungen von Konversionselementen eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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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.
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Mit der 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Das optoelektronische Bauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst einen ersten Halbleiterchip 1 und einen zweiten Halbleiterchip 2, die jeweils ein erster und ein zweiter kantenemittierender Hableiterchip sind. Mittels einem ersten und einem zweiten Montageelement 5 sind der erste und der zweite Halbleiterchip 1, 2 auf einem Träger 4 angeordnet. Über jeweils eine erste Seitenfläche 1b beziehungsweise eine erste Strahlungsaustrittsfläche 1a des ersten Halbleiterchips 1 und einer zweiten Seitenfläche 2b beziehungsweise einer zweiten Strahlungsaustrittsfläche 2a des zweiten Halbleiterchips 2 tritt die im Betrieb erzeugte erste und zweite Primärstrahlung aus. Die erste Strahlungsaustrittsfläche 1a steht der zweiten Strahlungsaustrittsfläche 2a gegenüber. Weiterhin ist die erste Primärstrahlung blaue Primärstrahlung b und die zweite Primärstrahlung rote Primärstrahlung r.
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Der erste Halbleiterchip 1 und der zweite Halbleiterchip 2 sind von einem Gehäuse umgeben, das eine Ausnehmung an einer der Halbleiterchips gegenüberliegenden Deckfläche aufweist. Die Ausnehmung ist gemäß 1 durch ein erstes Konversionselement bedeckt. Über ein erstes optisches Element 6 wird die blaue Primärstrahlung b und die rote Primärstrahlung r in Richtung des ersten Konversionselements 3 reflektiert. Die gepunkteten Pfeile geben die Ausbreitungsrichtungen der blauen und der roten Primärstrahlung b, r an. Weiterhin ist das erste Konversionselement 3 dazu ausgebildet, die blaue Primärstrahlung b in grüne Sekundärstrahlung g zu konvertieren.
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Dem ersten Konversionselement 3 ist ein zweites optisches Element 7 nachgeordnet. Durch das zweite optische Element 7 kann die grüne Sekundärstrahlung g und die transmittierte blaue und rote Primärstrahlung b, r geformt werden.
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Gemäß der 2 ist eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Wie in 2 dargestellt, sind der erste Halbleiterchip 1 und der zweite Halbleiterchip 2 auf jeweils einem Montageelement 5 angebracht. Die erste und zweite Strahlungsaustrittsfläche stehen sich im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 nicht gegenüber, sondern liegen in einer gemeinsamen Ebene. Das Montageelement 5 des zweiten Halbleiterchips 2 ist um 90° gegenüber dem Montageelement 5 des ersten Halbleiterchips 1 verkippt. Mittels einer solchen Anordnung ist eine Polarisation einer ersten linear polarisierten blauen Primärstrahlung des ersten Halbleiterchips 1 um 90° gegenüber einer Polarisation einer zweiten linear polarisierten blauen Primärstrahlung des zweiten Halbleiterchips 2 gekippt.
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Die erste und die zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung treten nachfolgend in einen Polarisationskoppler 9 ein. Die erste linear polarisierte blaue Primärstrahlung wird an einem reflektierenden Spiegel 12 in Richtung eines halbdurchlässigen Spiegels 13 reflektiert, durch welchen diese durchtreten kann. Weiterhin wird die zweite linear polarisierte blaue Primärstrahlung an dem halbdurchlässigen Spiegel 13 reflektiert. Es resultiert eine Superposition der ersten linear polarisierten blauen Primärstrahlung und der zweiten linear polarisierten blauen Primärstrahlung.
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Das optoelektronische Bauteil weist ein zweites Konversionselement 10 auf, das zwischen dem ersten Konversionselement 3 und dem Polarisationskoppler 9 angeordnet ist. Weiterhin umfasst das zweite Konversionselement 10 einen ersten Bereich 14 und einen zweiten Bereich 15. Der zweite Bereich 15 des zweiten Konversionselements 10 konvertiert einen Teil der blauen Primärstrahlung in rote Sekundärstrahlung, wobei ein Teil der blauen Primärstrahlung durch den ersten Bereich 14 des zweiten Konversionselements 10 nicht konvertiert wird. Dieser Teil der blauen Primärstrahlung trifft nachfolgend unkonvertiert auf das erste Konversionselement 3 und wird teilweise in grüne Sekundärstrahlung konvertiert. Die blaue Primärstrahlung, die rote Sekundärstrahlung und die grüne Sekundärstrahlung können im ersten Konversionselement 3 gemischt werden. Nachfolgend kann die blaue Primärstrahlung, die rote Sekundärstrahlung und die grüne Sekundärstrahlung oder das Mischlicht an dem zweiten optischen Element 7 umgelenkt werden.
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Das erste und das zweite Konversionselement 3, 10 sind in einer Halterung 11 angeordnet, mit der ein Strahlengang der ersten und zweiten Primärstrahlung und der ersten und zweiten Sekundärstrahlung einstellbar ist.
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Gemäß der 3 ist eine schematische Darstellung eines Konversionselements gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Das zweite Konversionselement 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 umfasst den ersten Bereich 14 und den zweiten Bereich 15. Der erste Bereich 14 weist die Form eines Zylinders auf. Eine Mantelfläche des Zylinders des ersten Bereichs 14 ist vollständig von dem zweiten Bereich 15 umgeben.
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Die schematische Schnittdarstellung von Konversionselementen eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 zeigt das erste und das zweite Konversionselement 3, 10, die in einer Halterung 11 angeordnet sind. Das zweite Konversionselement 10 weist den in 3 gezeigten Aufbau auf. Ein Farbfilter 17 ist auf einer Strahlungseintrittsfläche des zweiten Konversionselements 10 angeordnet. Weiterhin ist auf einer Strahlungseintrittsfläche des ersten Konversionselements 3 ein weiterer Farbfilter 18 angeordnet.
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Das zweite Konversionselement 10 und der Farbfilter 17 können auf einem transparenten Kühlkörper 19 angeordnet sein, der auf einer Strahlungseintrittsfläche eine Antireflexionsbeschichtung 16 aufweist.
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Die Ausführungsbeispiele der 5 und 6 zeigen schematische Farbfilterdiagramme des Farbfilters (5) und des weiteren Farbfilters (6).
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Gemäß 5 ist eine Transmission T in % über eine Wellenlänge wL in Nanometern aufgetragen. Die Kurven b, g und r sind typische Emissionsspektren eines Halbleiterlasers, der blaue Primärstrahlung b emittiert, und von konvertierter roter und grüner Sekundärstrahlung r, g. Eine Filterkurve F1 gibt an, welche spektralen Anteile von dem Farbfilter 17 transmittiert werden. Hier wird hauptsächlich die blaue Primärstrahlung b transmittiert.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 5 ist gemäß 6 eine weitere Filterkurve F2 dargestellt, die die transmittierten spektralen Anteile von dem weiteren Farbfilter 18 angibt. Hier wird hauptsächlich die blaue Primärstrahlung b und die rote Sekundärstrahlung r transmittiert. Ein Großteil der grünen Sekundärstrahlung g wird reflektiert.
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Gemäß 7 ist eine schematische Darstellung von Konversionselementen eines strahlungsemittierenden Bauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Die schematische Schnittdarstellung gemäß 8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 7. Dabei ist das zweite Konversionselement 10 in einer Ebene mit dem ersten Konversionselement 3 angeordnet. Das erste Konversionselement 3 weist die Form eines Zylinders auf. Das zweite Konversionselement 10 umgibt eine Außenfläche des ersten Konversionselements 3. Somit wird das erste Konversionselement 3 vollständig von dem zweiten Konversionselement 10 umschlossen. Das erste und das zweite Konversionselement 3, 10 sind in einer Halterung 11 angeordnet. Die Halterung 11 umschließt das zweite Konversionselement 10 vollständig. Das erste und das zweite Konversionselement 3, 10 sind derart im strahlungsemittierenden Bauteil angeordnet, dass von der linken Seite her die Primärstrahlung auf das erste und das zweite Konversionselement 3, 10 trifft.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Halbleiterchip
- 1a
- erste Strahlungsaustrittsfläche
- 1b
- erste Seitenfläche
- 2
- zweiter Halbleiterchip
- 2a
- zweite Strahlungsaustrittsfläche
- 3
- erstes Konversionselement
- 4
- Träger
- 5
- Montageelement
- 6
- erstes optisches Element
- 7
- zweites optisches Element
- 8
- Gehäuse
- 9
- Polarisationskoppler
- 10
- zweites Konversionselement
- 11
- Halterung
- 12
- reflektierender Spiegel
- 13
- halbdurchlässiger Spiegel
- 14
- erster Bereich
- 15
- zweiter Bereich
- 16
- Antireflexionsbeschichtung
- 17
- Farbfilter
- 18
- weiterer Farbfilter
- 19
- Kühlkörper
- T
- Transmission
- wL
- Wellenlänge
- F1
- Filterkurve
- F2
- weitere Filterkurve
- b
- blau
- g
- grün
- r
- rot