DE102019121896A1

DE102019121896A1 - Optoelektronisches bauelement

Info

Publication number: DE102019121896A1
Application number: DE102019121896.9A
Authority: DE
Inventors: Simon Lankes; Dennis Sprenger
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-18
Also published as: US20220285912A1; WO2021028352A1; JP2022545365A; JP7331244B2

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (1) angegeben, das zumindest einen Halbleiteremitter (10) umfasst, der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich (100) aufweist. Ferner umfasst das optoelektronische Bauelement (1) zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte (20), die eine Auskoppelfläche (20A) und eine seitlich zu dieser angeordnete quer zu dieser ausgerichtete Seitenfläche (20B) aufweist, und einen Träger (30), auf dem der Halbleiteremitter (10) und die Wellenlängenkonversionsplatte (20) angeordnet sind. Die Auskoppelfläche (20A) ist von dem Träger (30) abgewandt. Der Halbleiteremitter (10) ist dazu eingerichtet, die Wellenlängenkonversionsplatte (20) an der Seitenfläche (20B) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen. Die Wellenlängenkonversionsplatte (20) ist dazu eingerichtet eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs, aus der Auskoppelfläche (20A) zu emittieren.

Description

Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Ein optoelektronisches Bauelement ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht, eingerichtet.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine besonders hohe Leuchtdichte aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement zumindest einen Halbleiteremitter, der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich aufweist. Der aktive Bereich umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, Single Quantum Well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung. Bei den Halbleiteremittern handelt es sich beispielsweise um Leucht- oder Laserdioden. Der erste Wellenlängenbereich umfasst bevorzugt zumindest einen Teil des für den Menschen sichtbaren Bereichs des Spektrums elektromagnetischer Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement oder seine oben beschriebene Ausführungsform zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte, die eine Auskoppelfläche und eine seitlich zu dieser angeordnete, quer zu dieser ausgerichtete, Seitenfläche aufweist. Insbesondere ist die Seitenfläche in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt.
Die Wellenlängenkonversionsplatte ist insbesondere zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu elektromagnetischer Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet, wobei der zweite Wellenlängenbereich von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist. Die Wellenlängenkonversionsplatte weist beispielsweise ein keramisches Matrixmaterial auf, in das Partikel eines Konversionsmaterials eingebracht sind. Insbesondere ist die Wellenlängenkonversionsplatte mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet: YAG, LuAG, Siliziumnitrid oder Quantum-Dots mit jeweils entsprechenden Dotieratomen. Dotieratome sind beispielsweise Ce, Gd, Ga.
Die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte ist bevorzugt parallel zur Haupterstreckungsebene der Wellenlängenkonversionsplatte orientiert. Die Auskoppelfläche ist insbesondere zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus der Wellenlängenkonversionsplatte eingerichtet. Die seitlich und quer zur Auskoppelfläche ausgerichtete Seitenfläche begrenzt die Wellenlängenkonversionsplatte insbesondere in ihrer Haupterstreckungsrichtung. Die Seitenfläche ist bevorzugt zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen einen Träger, auf dem der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte angeordnet sind. Insbesondere sind der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte in einer gemeinsamen Ebene auf dem Träger angeordnet. Beispielsweise ist der Halbleiteremitter auf einer gegenüber der Wellenlängenkonversionsplatte geneigten Fläche des Trägers angeordnet. Der Träger dient beispielsweise als eine Montagefläche für die nachfolgenden Bauelemente. Der Träger ist bevorzugt eine mechanisch stützende Komponente des optoelektronischen Bauelements, die dem Bauelement eine ausreichende Stabilität verleiht. Beispielsweise ist der Träger als eine im Wesentlichen ebene Platte ausgeführt. Der Träger weist bevorzugt eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um zur Entwärmung der auf dem Träger angebrachten Bauelemente zu dienen.
Beispielsweise weisen der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte eine formschlüssige Verbindung zu dem Träger auf. So wird insbesondere ein Wärmeaustausch zwischen dem Träger, dem Halbleiteremitter und der Wellenlängenkonversionsplatte verbessert. Eine direkte Anordnung des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte auf dem Träger ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Entwärmung des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Auskoppelfläche von dem Träger abgewandt. Die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte bezeichnet die Seite der Wellenlängenkonversionsplatte, die sich auf der vom Träger abgewandten Seite befindet. Die Auskoppelfläche dient insbesondere zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus der Wellenlängenkonversionsplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Halbleiteremitter dazu eingerichtet, die Wellenlängenkonversionsplatte an der Seitenfläche mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen. Mit anderen Worten, der Halbleiteremitter ist derart auf dem Träger angeordnet, dass er die Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt. Dadurch wird insbesondere auf ein optisches Element zwischen dem Halbleiteremitter und der Wellenlängenkonversionsplatte verzichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Wellenlängenkonversionsplatte dazu eingerichtet, eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs aus der Auskoppelfläche zu emittieren. Beispielsweise erzeugt die Mischstrahlung einen weißen Farbeindruck bei einem Betrachter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement oder eine seiner oben beschriebenen Ausführungsformen,

- zumindest einen Halbleiteremitter, der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich aufweist,
- zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte, die eine Auskoppelfläche und eine seitlich zu dieser angeordnete quer zu dieser ausgerichtete Seitenfläche aufweist, und
- einen Träger, auf dem der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte angeordnet sind, wobei
- die Auskoppelfläche von dem Träger abgewandt ist,
- der Halbleiteremitter dazu eingerichtet ist, die Wellenlängenkonversionsplatte an der Seitenfläche mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, und
- die Wellenlängenkonversionsplatte dazu eingerichtet ist, eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs aus der Auskoppelfläche zu emittieren.

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: der Einsatz von optoelektronischen Bauelementen, beispielsweise in Automobilscheinwerfern, erfordert die Integration von optoelektronischen Bauelementen in einem immer kleiner werdenden Bauraum, aufgrund von zusätzlichen Sensoren, insbesondere Kameras, die ebenfalls im Scheinwerfer, beziehungsweise dem Frontbereich des Automobils, Platz finden sollen. Bedingt durch die somit geringer werdende Ausdehnung der optoelektronischen Bauelemente, bei gleichbleibenden Anforderungen an eine von den Bauelementen generierte Lichtmenge, werden Bauelemente mit höheren Leuchtdichten vorteilhaft. Ausreichend hohe Leuchtdichten werden beispielsweise von Laserdioden bereitgestellt, die beispielsweise mithilfe einer Wellenlängenkonversionsplatte zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einem weißen Farbeindruck verwendet werden. Die geringere Ausdehnung von optoelektronischen Bauelementen bedeutet jedoch eine erhöhte Wärmeentwicklung der Bauelemente. Ferner ist bei der Verwendung von Laserdioden ein erhöhter Aufwand notwendig, um das direkte Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung aus der Laserdiode bei einem Betrachter zu vermeiden.
Das hier beschriebene optoelektronische Bauelement und dessen Ausführungsformen machen unter anderem von der Idee Gebrauch, einen Halbleiteremitter und eine Wellenlängenkonversionsplatte auf einen Träger in einer gemeinsamen Ebene zu montieren. Durch die direkte Montage des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte ist eine besonders gute Entwärmung des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte möglich. Die Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte erfolgt beispielsweise seitlich und somit parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Trägers. Die Gefahr einer direkten Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiteremitter ist somit vorteilhaft verringert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Halbleiteremitter eine Laserdiode. Eine Laserdiode weist insbesondere eine hohe Leuchtdichte und einen besonders hohen Polarisationsgrad auf. Ferner ist eine Laserdiode bevorzugt zur Emission von kohärenter Strahlung eingerichtet. Kohärente Strahlung ist im Wesentlichen monochromatisch und umfasst einen sehr schmalen spektralen Wellenlängenbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen
Ausführungsformen weist der Halbleiteremitter einen Abstrahlkegel auf, dessen Querschnitt senkrecht zu einer Achse des Abstrahlkegels eine elliptische Form aufweist. Der Halbleiteremitter ist derart auf dem Träger angeordnet, dass die längere Ellipsenachse parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte ausgerichtet ist. Die parallele Ausrichtung muss nicht zwingend exakt parallel sein, sondern weist beispielsweise im Rahmen einer Fertigungstoleranz eine geringe Abweichung von der parallelen Ausrichtung ab. So ist eine direkte Bestrahlung der Seitenfläche mit der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs möglich. Auf optische Bauelemente zur Umformung des Abstrahlkegels wird vorteilhaft verzichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Seitenfläche im Brewster Winkel zur Achse des Abstrahlkegels ausgerichtet. Die Einstrahlung von aus dem Halbleiteremitter emittierten Lichtes auf die Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte erfolgt somit insbesondere im Brewster Winkel, wodurch vorteilhaft eine Rückreflexion der Strahlung vermindert wird. Die Einkoppeleffizienz der elektromagnetischen Strahlung ist dadurch vorteilhaft erhöht. Die Einkoppeleffizienz bestimmt sich unter anderem aus dem Polarisationsgrad der elektromagnetischen Strahlung und der Ausrichtung der Polarisationsebene. Vorteilhaft bewirkt ein hoher Polarisationsgrad eine erhöhte Einkoppeleffizienz.
Insbesondere ist die Seitenfläche in Richtung des Trägers geneigt, um die ungehinderte Auskopplung eines eventuell verbleibenden Anteils einer Reflexion der aus dem Halbleiteremitter emittierten Strahlung zu unterbinden. So wird vorteilhaft eine direkte Emission von Strahlung aus dem Halbleiteremitter vermieden, wodurch die Augensicherheit erhöht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist auf der Seitenfläche eine optische Beschichtung aufgebracht. Die optische Beschichtung ist beispielsweise eine Antireflexbeschichtung oder eine dichroitische Beschichtung. Die optische Beschichtung trägt beispielsweise zu einer Erhöhung der Einkoppeleffizienz bei, ohne eine Abhängigkeit von einem bestimmten Einfallswinkel. Mit anderen Worten, die Verwendung einer Antireflexbeschichtung oder einer dichroitischen Beschichtung kann die Einkoppeleffizienz auch ohne eine Ausrichtung der Seitenfläche im Brewster Winkel erhöhen. Beispielsweise wird so ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung der Seitenfläche ermöglicht, da kein definierter Winkel der Seitenfläche zu dem Abstrahlkegel eingehalten werden muss.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist zwischen dem Halbleiteremitter und der Wellenlängenkonversionsplatte ein Lichtleiter angeordnet, der Strahlung des Halbleiteremitters auf die Wellenlängenkonversionsplatte führt. Beispielsweise erfolgt die Montage des Halbleiteremitters somit unabhängig von der Geometrie des Abstrahlkegels und seinem Abstand zu der Wellenlängenkonversionsplatte. Der Lichtleiter ist bevorzugt mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Der Brechungsindex des Materials des Lichtleiters ist höher als der Brechungsindex des ihn umgebenden Materials. Dies ermöglicht beispielsweise das Führen von elektromagnetischer Strahlung in dem Lichtleiter mittels Totalreflexion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen sind zumindest zwei Halbleiteremitter zur Bestrahlung der Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte vorgesehen. Mittels zweier Halbleiteremitter auf gegenüberliegenden Seiten der Wellenlängenkonversionsplatte wird beispielsweise eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung der Wellenlängenkonversionsplatte erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen überlappen sich die Abstrahlkegel von zumindest zwei Halbleiteremittern zumindest teilweise. Die Abstrahlkegel der Halbleiteremitter überlappen sich zumindest teilweise in Bereichen der Seitenfläche, an denen eine besonders hohe Intensität von elektromagnetischer Strahlung vorteilhaft ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Wellenlängenkonversionsplatte zumindest einen absorbierenden oder reflektierenden Teilbereich zur gezielten Beeinflussung des Abstrahlverhaltens der Wellenlängenkonversionsplatte auf. Ein absorbierender oder reflektierender Teilbereich dient beispielsweise zur Formung der von der Auskoppelfläche emittierten Strahlungsverteilung. In einem Autoscheinwerfer wird beispielsweise eine gewünschte Strahlungsverteilung entsprechend einer gewünschten Ausleuchtung der Fahrbahn ermöglicht. Beispielsweise ist somit auch die Projektion eines Firmenlogos möglich. Der Teilbereich ist bevorzugt als eine Beschichtung auf einer dem Träger abgewandten Seite der Wellenlängenkonversionsplatte angeordnet. Alternativ ist der Teilbereich in die Wellenlängenkonversionsplatte eingelassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Wellenlängenkonversionsplatte Konversionspartikel und Streupartikel auf. Konversionspartikel sind insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge zu elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge zu konvertieren. Streupartikel sind insbesondere dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung räumlich zu verteilen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine gewünschte Intensitätsverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte mittels einer Variation einer Streuwirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte eingestellt. Die Streuwirkung wird beispielsweise mittels einer Variation der Dichte, der Größe und/oder der Art von Streuzentren eingestellt. Als Streuzentren dienen insbesondere mit einem Gas gefüllte Poren, die Streupartikel und/oder die Konversionspartikel. Beispielsweise wird so ein Intensitätsabfall der einfallenden elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs von außen nach innen ausgeglichen. Insbesondere wird somit gezielt eine gewünschte Strahlungsverteilung der aus der Wellenlängenkonversionsplatte über die Auskoppelfläche ausgekoppelten Mischstrahlung eingestellt. Die Streuwirkung variiert beispielsweise um mindestens 5%, bevorzugt um mindestens 10% ihres Mittelwertes.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine gewünschte Intensitäts- und/oder Farbverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte mittels einer Variation einer Konversionswirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte eingestellt. Beispielsweise wird somit gezielt eine gewünschte Strahlungsverteilung der aus der Wellenlängenkonversionsplatte über die Auskoppelfläche ausgekoppelten Strahlung eingestellt. Die Konversionswirkung ist beispielsweise mittels unterschiedlicher Dotierstoffe in den Konverterpartikeln, einer Variation der Dichte der Konverterpartikel, der Größe der Konverterpartikel oder dem verwendeten Konvertermaterial einstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Wellenlängenkonversionsplatte eine Dicke von einschließlich 3 µm bis einschließlich 500 µm, bevorzugt von einschließlich 70 µm bis einschließlich 150 µm auf. Eine besonders dünne Wellenlängenkonversionsplatte ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Entwärmung der Wellenlängenkonversionsplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst der erste Wellenlängenbereich des Halbleiteremitters einen Bereich von einschließlich 380 nm bis einschließlich 500 nm, bevorzugt einen Bereich von einschließlich 440 nm bis einschließlich 460 nm. Innerhalb dieses Wellenlängenbereichs ist besonders einfach eine Wellenlängenkonversion zu beispielsweise gelbem Licht möglich. So wird beispielsweise ein Mischlicht erzeugt, das bei einem Betrachter einen weißen Farbeindruck hervorruft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Träger mit einem der folgenden Materialien gebildet: Aluminiumnitrid, einem Metall und/oder einem Siliziumcarbid. Aluminiumnitrid, Metalle und Siliziumkarbid weisen eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Das Metall umfasst insbesondere Au, Ag und/oder Cu oder eine Legierung aus den genannten Metallen. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit trägt vorteilhaft zu einer besonders effizienten Entwärmung der auf dem Träger aufgebrachten Bauelemente bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist zwischen dem Träger und der Wellenlängenkonversionsplatte eine für eine von der Wellenlängenkonversionsplatte zu emittierende Strahlung reflexionssteigernde Beschichtung angeordnet. Die von der Wellenlängenkonversionsplatte zu emittierende Strahlung umfasst die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und die konvertierte Strahlung. Vorteilhaft wird so eine aus der Wellenlängenkonversionsplatte emittierte Strahlung bevorzugt in Richtung der Auskoppelfläche ausgekoppelt. Beispielsweise ist die Beschichtung nur bereichsweise aufgebracht.
Die Beschichtung ist beispielsweise zunächst auf der Wellenlängenkonversionsplatte aufgebracht. Die Wellenlängenkonversionsplatte stellt insbesondere eine glatte und ebene Oberfläche bereit, die eine besonders einfache Anordnung der Beschichtung ermöglicht. Alternativ ist die Beschichtung auf dem Träger aufgebracht, bevor die Wellenlängenkonversionsplatte auf dem Träger montiert ist. So ist vorteilhaft die Anordnung einer sehr dünnen, beispielsweise aufgesprühten, Beschichtung erleichtert.
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement und seine Ausführungsformen sind insbesondere für den Einsatz als Scheinwerfer in einem Automobil geeignet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Ausschnitt einer schematischen Ansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Wellenlängenkonversionsplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
8 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

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 eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das dargestellte optoelektronische Bauelement 1 umfasst vier Halbleiteremitter 10 und eine Wellenlängenkonversionsplatte 20, die gemeinsam mit den Halbleiteremittern auf einem Träger 30 angeordnet ist.
Die Halbleiteremitter 10 sind als Laserdioden ausgeführt und zur Emission von kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Ferner weisen die Halbleiteremitter 10 jeweils elliptische Abstrahlkegel mit jeweils einer längeren Ellipsenachse und einer kürzeren Ellipsenachse auf. Die längere Ellipsenachse bedingt insbesondere durch einen großen Abstrahlwinkel, während die kürzere Ellipsenachse einen kleinen Abstrahlwinkel bedingt.
Die Halbleiteremitter 10 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Wellenlängenkonversionsplatte 20 montiert, um eine besonders gleichmäßige Bestrahlung der Seitenflächen 20B zu gewährleisten. Der Abstrahlkegel der Halbleiteremitter 10 entspricht in einem Querschnitt quer zur Achse des Abstrahlkegels einer Ellipse. Die Halbleiteremitter 10 sind derart auf dem Träger 30 angeordnet, dass die längere Achse der Ellipse im Rahmen einer Herstellungstoleranz parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ausgerichtet ist. Die Halbleiteremitter 10 sind mittels eines Hilfsträgers 301 montiert, um eine ausreichende mechanische Stabilität der montierten Halbleiteremitter 10 zu gewährleisten.
Weiterhin ermöglicht der Hilfsträger eine um 90° entlang der Hauptachse des Abstrahlkegels gedrehte Anordnung der Halbleiteremitter 10. Die längere Ellipsenachse der Halbleiteremitters 10 ist vorzugsweise parallel zur Haupterstreckungsebene der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ausgerichtet. Dadurch ist vorteilhaft eine einfache Ausleuchtung der Seitenfläche 20B unter Ausnutzung des Brewsterwinkels möglich. Der Hilfsträger 301 ist mit Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbid gebildet und verbessert zusätzlich eine Entwärmung der Halbleiteremitter 10. Die direkte Anordnung der Halbleiteremitter 10 auf dem Träger 30 ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Entwärmung und dient zudem einer gleichmäßigen Ausrichtung der Halbleiteremitter 10 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 in einer gemeinsamen Ebene.
Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 ist mit einem der folgenden Materialien gebildet: YAG, LuAG, Siliziumnitrid oder Quantum-Dots mit jeweils entsprechenden Dotieratomen. Dotieratome sind beispielsweise Ce, Gd, Ga. Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 umfasst eine Auskoppelfläche 20A, durch die elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird. Die Auskoppelfläche 20A weist auf ihrer kürzeren Seite eine Kantenlänge von 300 µm und auf ihrer längeren Seite eine Kantenlänge von 1 mm auf. Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 weist eine gezielt geformte Auskoppelfläche 20A auf, um eine gewünschte Abstrahlcharakteristik zu erzielen.
Beispielsweise wird so eine für ein Abblendlicht eines Automobils gewünschte Schattenkante erzeugt. Quer zur Auskoppelfläche 20A befindet sich eine um die Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnete Seitenfläche 20B. Die Dicke der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ist gleich der Höhe der Seitenfläche 20B und beträgt zwischen jeweils einschließlich 70 µm und 100 µm. Die Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung der Halbleiteremitter 10 erfolgt an der Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20.
Der Träger 30 ist mit Aluminiumnitrid gebildet und weist eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Zum Schutz der Halbleiteremitter 10 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 vor äußeren Umwelteinflüssen befindet sich auf der Oberseite des Trägers 30 eine Schutzschicht 50. Die Schutzschicht 50 ist strahlungsdurchlässig ausgeführt und beispielsweise mit einem Glas oder Saphir gebildet.
2 zeigt einen Ausschnitt eines schematischen Ansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Ausschnitt umfasst einen Halbleiteremitter 10, einen Hilfsträger 301 und die Wellenlängenkonversionsplatte 20. Dabei ist die Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiteremitter 10 in die Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte gut erkennbar.
Die Seitenfläche 20B weist eine Abschrägung auf, die dem Träger 30 zugewandt ist. Die Abschrägung erfolgt in einem Winkel, der sicherstellt, dass die elektromagnetische Strahlung aus dem Halbleiteremitter 10 im Brewsterwinkel auf die Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20 auftrifft. Dadurch ist eine besonders effiziente Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 gewährleistet.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Bauelement 1 umfasst vier Halbleiteremitter 10 die gemeinsam mit einer Wellenlängenkonversionsplatte 20, vier Lichtleitern 40 und vier Hilfsträgern 301 auf einem Träger 30 angeordnet sind. Zum Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen befindet sich oberhalb des Trägers 30 eine Schutzschicht 50 die für das emittierte Licht durchlässig ausgeführt ist.
Die Lichtleiter 40 sind auf dem Träger 30 jeweils zwischen den Halbleiteremittern 10 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnet. Die Lichtleiter 40 dienen einer Führung einer von dem Halbleiteremitter 10 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Richtung der Wellenlängenkonversionsplatte 20. Der Brechungsindex der Lichtleiter 40 ist höher als der Brechungsindex des sie umgebenden Materials. Beispielsweise erfolgt so eine Montage der Halbleiteremitter 10 ohne Berücksichtigung des Öffnungswinkels der Abstrahlkegel der von den Halbleiteremittern 10 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Auf einem Träger 30 sind zwei optoelektronische Halbleiteremitter 10 mit Hilfsträgern 301 aufgebracht. Die Halbleiteremitter 10 umfassen jeweils einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich 100. Die von den Halbleiteremittern 10 emittierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs tritt durch die Seitenfläche 20B in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 ein. In der Wellenlängenkonversionsplatte 20 wird zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu einer elektromagnetischen Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs konvertiert, der sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet.
Die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und des zweiten Wellenlängenbereichs vermischt sich in der Wellenlängenkonversionsplatte 20 zu einer Mischstrahlung. Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 verfügt über eine Auskoppelfläche 20A durch die die Mischstrahlung aus der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ausgekoppelt wird. Die Mischstrahlung setzt sich insbesondere aus blauem Licht und gelbem Licht zusammen und ruft so bei einem Betrachter einen weißen Farbeindruck hervor.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die in 5 gezeigte Darstellungsform zeigt deutlich eine Abschrägung der Seitenflächen 20B zum Träger 30 hin. Die Abschrägung der Seitenflächen 20B ermöglicht eine Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung aus den Halbleiteremittern 10 in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 im Brewsterwinkel. Die Neigung der Seitenfläche 20B in Richtung des Trägers 30 verhindert vorteilhaft eine mögliche direkte Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, welche aus den Halbleiteremittern 10 austritt und von der Seitenfläche 20B teilweise reflektiert wird, wird so nur in Richtung des Trägers 30 reflektiert, um dort beispielsweise absorbiert zu werden.
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Wellenlängenkonversionsplatte 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die dargestellte Wellenlängenkonversionsplatte 20 umfasst mehrere Teilbereiche 201 die absorbierend oder reflektierend ausgeführt sind. Die Teilbereiche 201 werden so beispielsweise zur Projektion eines Logos eingesetzt, indem diese Teilbereiche eine verminderte oder keine Emission von elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Teilbereiche 201 sind insbesondere als Beschichtungen auf der dem Träger 30 abgewandten Seite der Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnet. Ein reflektierend ausgeführter Teilbereich 201 reflektiert elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise wieder zurück in die Wellenlängenkonversionsplatte 20, wodurch die Strahlung an einer anderen Stelle ausgekoppelt werden kann.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Bauelement 1 umfasst einen Träger 30, auf dem mithilfe von Hilfsträgern 301 mehrere Halbleiteremitter 10 montiert sind. Die Halbleiteremitter 10 umfassen jeweils einen aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs. Auf dem Träger 30 ist eine Wellenlängenkonversionsplatte 20 montiert, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs zu konvertieren. Über die Seitenflächen 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20 koppeln die Halbleiteremitter 10 die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 ein. Aus der Wellenlängenkonversionsplatte 20 tritt folglich eine Mischstrahlung von elektromagnetischer Strahlung des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs aus.
Der Träger 30 weist ferner eine reflexionssteigernde Beschichtung 60 die zwischen dem Träger 30 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnet ist. Die reflexionssteigernde Beschichtung 60 ist beispielsweise mit einem Metall oder einem Titandioxid gebildet und dient zur Reflexion der in der Wellenlängenkonversionsplatte 20 erzeugten Mischstrahlung. Vorteilhaft erhöht die reflexionssteigernde Beschichtung 60 die Effizienz des optoelektronischen Bauelements 1.
8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich ist auf der Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20 eine optische Beschichtung 70 angeordnet. Die optische Beschichtung 70 umfasst eine Antireflexschicht und/oder eine dichroitische Schicht und erhöht vorteilhaft die Einkoppeleffizienz von elektromagnetischer Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte 20. Die Seitenfläche 20B muss dazu nicht in einem speziellen Winkel zum Abstrahlkegel der elektromagnetischen Strahlung ausgerichtet sein. Insbesondere ist eine dichroitische Schicht für die elektromagnetische Strahlung des Halbleiteremitters 10 durchlässig, während sie für die in der Wellenlängenkonversionsplatte 20 konvertierte elektromagnetische Strahlung reflektiv ausgeführt ist.
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 Bauelement
10: Halbleiteremitter
100: aktiver Bereich
20: Wellenlängenkonversionsplatte
20A: Auskoppelfläche
20B: Seitenfläche
201: Teilbereich
30: Träger
301: Hilfsträger
40: Lichtleiter
50: Schutzschicht
60: reflexionssteigernde Beschichtung
70: optische Beschichtung

Claims

Optoelektronisches Bauelement (1) umfassend, - zumindest einen Halbleiteremitter (10), der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich (100) aufweist, - zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte (20), die eine Auskoppelfläche (20A) und eine seitlich zu dieser angeordnete quer zu dieser ausgerichtete Seitenfläche (20B) aufweist, und - einen Träger (30), auf dem der Halbleiteremitter (10) und die Wellenlängenkonversionsplatte (20) angeordnet sind, wobei - die Auskoppelfläche (20A) von dem Träger (30) abgewandt ist, - der Halbleiteremitter (10) dazu eingerichtet ist, die Wellenlängenkonversionsplatte (20) an der Seitenfläche (20B) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, und - die Wellenlängenkonversionsplatte (20) dazu eingerichtet ist, eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs, aus der Auskoppelfläche (20A) zu emittieren.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem der Halbleiteremitter (10) eine Laserdiode ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiteremitter (10) einen Abstrahlkegel aufweist, dessen Querschnitt senkrecht zu einer Achse des Abstrahlkegels eine elliptische Form aufweist, wobei der Halbleiteremitter (10) derart auf dem Träger (30) angeordnet ist, dass die längere Ellipsenachse parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Seitenfläche (20B) ausgerichtet ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 3, bei dem die Seitenfläche (20B) im Brewster Winkel zur Achse des Abstrahlkegels ausgerichtet ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem auf der Seitenfläche (20B) eine optische Beschichtung (70) aufgebracht ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Halbleiteremitter (10) und der Wellenlängenkonversionsplatte (20) ein Lichtleiter (40) angeordnet ist, der Strahlung des Halbleiteremitters (10) auf die Wellenlängenkonversionsplatte (20) führt.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest zwei Halbleiteremitter (10) zur Bestrahlung der Seitenfläche (20B) vorgesehen sind.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 7, bei dem sich die Abstrahlkegel von zumindest zwei Halbleiteremittern (10) zumindest teilweise überlappen.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlängenkonversionsplatte (20) zumindest einen absorbierenden oder reflektierenden Teilbereich (201) zur gezielten Beeinflussung des Abstrahlverhaltens der Wellenlängenkonversionsplatte (20) aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlängenkonversionsplatte (20) Konversionspartikel und Streupartikel aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 10, bei dem eine gewünschte Intensitätsverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche (20A) der Wellenlängenkonversionsplatte (20) mittels einer Variation einer Streuwirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte (2) eingestellt ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem eine gewünschte Intensitäts- und/oder Farbverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche (20A) der Wellenlängenkonversionsplatte (20) mittels einer Variation einer Konversionswirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte (20) eingestellt ist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlängenkonversionsplatte (20) eine Dicke von einschließlich 3 µm bis einschließlich 500 µm, bevorzugt von einschließlich 70 µm bis einschließlich 150 µm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Wellenlängenbereich des Halbleiteremitters (10) einen Bereich von einschließlich 380 nm bis einschließlich 500 nm, bevorzugt einen Bereich von einschließlich 440 nm bis einschließlich 460 nm umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Träger (30) mit einem der folgenden Materialien gebildet ist: Aluminiumnitrid, einem Metall und/oder einem Siliziumcarbid .
Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Träger (30) und der Wellenlängenkonversionsplatte (20) eine für eine von der Wellenlängenkonversionsplatte (20) zu emittierende Strahlung reflexionssteigernde Beschichtung (60) angeordnet ist.