Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen DE 10 2007 046 699 und DE 10 2007 049 799, deren Offenbarungsgehalt jeweils hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
Optoelektronische Bauelemente mit einem Halbleiterkörper, der Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet, umfassen zur Erzeugung von mischfarbigen - etwa weißem - Licht in der Regel einen Wellenlängenkonversionsstoff. Der WellenlängenkonversionsStoff wandelt einen Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs um. Solche Bauelemente sind beispielsweise in den Druckschriften WO 02/056390 Al, WO 2006/034703 Al und Journal of Display Technology, Vol. 3, NO 2, June 2007, Seiten 155 bis 159 beschrieben. Der Wellenlängenkonversionsstoff kann beispielsweise in einen Verguss des Halbleiterkörpers eingebracht oder in Form einer Schicht direkt auf den Halbleiterkörper aufgebracht sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement mit einem Wellenkonversionstoff anzugeben, das eine hohe Effizienz aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst .
Vorteilhafte Ausführungsformen sowie weitere Merkmale des optoelektronischen Bauelementes sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst insbesondere:
- zumindest einen Halbleiterkörper, der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren,
- einen inneren strahlungsdurchlässigen Formkörper, in den der Halbleiterkörper eingebettet ist,
- eine wellenlängenkonvertierende Schicht auf einer Außenseite des inneren Formkörpers, die einen Wellenlängenkonversionsstoff umfasst, der dazu geeignet ist, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln,
- eine Auskoppellinse, in die der innere Formkörper und die wellenlängenkonvertierende Schicht eingebettet sind, wobei
- die Auskoppellinse eine Innenseite, die von einer inneren Halbkugelfläche mit Radius Rkonversion umschlossen ist, und eine Außenseite, die eine äußere Halbkugelfläche mit Radius Raussen umschließt, aufweist, und die Radien Rkonversion und Raussen die Weierstrass-Bedingung:
Raussen — Rkonversion ^-Linse / Η-luft /
erfüllen, wobei nLinse der Brechungsindex der Auskoppellinse und niuft der Brechungsindex der Umgebung der Auskoppellinse, typischerweise der Luft, ist.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die innere und die äußere Halbkugelfläche in erster Linie virtuelle
Flächen sind, die nicht notwendigerweise in dem Bauelement als gegenständliche Merkmale ausgebildet sein müssen.
Insbesondere erfüllt die Auskoppellinse die oben beschriebene Weierstrass-Bedingung, wenn die Weierstrass-Halbkugelschale, die durch die innere Halbkugelflache mit dem Radius Rkonversion und die äußere Halbkugelschale mit dem Radius Raussen gebildet ist, in ihrer Gesamtheit innerhalb der Auskoppellinse liegt.
Besonders bevorzugt ist die Weierstrass-Halbkugelschale frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht.
Erfüllt die Auskoppellinse die Weierstrass-Bedingung, so ist mit anderen Worten die Außenseite der Auskoppellinse derart geformt und derart beabstandet von dem
Strahlungsemittierenden Halbleiterkörper angeordnet, dass die Außenseite der Auskoppellinse von jedem Punkt des Halbleiterkörpers aus gesehen, unter einem so kleinen Winkel erscheint, dass keine Totalreflexion an der Außenseite der Auskoppellinse auftritt. Eine Auskoppellinse, die der Weierstrass-Bedingung gehorcht, weist daher nur sehr geringe Strahlungsverluste aufgrund von Totalreflexion an ihrer Außenseite auf. Die Auskoppeleffizienz des optoelektronischen Bauelementes ist somit vorteilhafterweise erhöht.
Bei dem optoelektronischen Bauelement ist der Wellenlängenkonversionsstoff vorteilhafterweise beabstandet von einer strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet . Der Raum zwischen dem Wellenlängenkonversionsstoff der wellenlängenkonvertierenden Schicht und dem Halbleiterkörper ist im Wesentlichen durch den inneren Formkörper gefüllt. Besonders bevorzugt ist der Raum zwischen der wellenlängenkonvertierenden Schicht und dem
Halbleiterkörper vollständig mit dem inneren Formkörper gefüllt. Besonders bevorzugt ist der innere Formkörper als Verguss ausgeführt. Da der Wellenlängenkonversionsstoff beabstandet von der Strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, wird die Temperaturbelastung des Wellenlängenkonversionstoffes vorteilhafterweise gering gehalten. Dies erhöht ebenfalls die Effizienz des Bauteils.
Die Auskoppellinse kann ein separat gefertigtes Element sein, das beispielsweise gefräst, gedreht oder spritzgegossen ist und in einem Montageschritt an dem optoelektronischen Bauelement befestigt wird.
Weiterhin ist es aber auch möglich, dass die Auskoppellinse auf dem optoelektronischen Bauelement gefertigt wird, beispielsweise indem die Auskoppellinse als Verguss auf dem optoelektronischen Bauelement hergestellt ist.
Bevorzugt ist eine Strahlungsemittierende Vorderseite des Halbleiterkörpers frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht. Besonders bevorzugt ist/sind auch der innere Formkörper und/oder die Auskoppellinse im Wesentlichen frei von Wellenlängenkonversionsstoff, das heißt, dass der innere Formkörper und/oder die Auskoppellinse bis auf geringe Verunreinigungen keinen Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, die dazu vorgesehen sind, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Merkmale, die nur anhand eines Halbleiterkörpers beschrieben sind, können in dem Fall, dass das optoelektronische Bauelement
mehrere Halbleiterkörper umfasst, auch von einigen oder allen Halbleiterkörpern aufgewiesen werden.
Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so sind diese bevorzugt in einem symmetrischen, besonders bevorzugt in einem punktsymmetrischen Muster angeordnet. Die Halbleiterkörper können beispielsweise entlang einer Linie oder gemäß einem regelmäßigen Gitter angeordnet sein. Das regelmäßige Gitter kann beispielsweise nach Art eines quadratischen oder hexagonalen Gitters ausgebildet sein.
Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so müssen diese nicht zwingend Strahlung desselben Wellenlängenbereichs aussenden. Vielmehr können die Halbleiterkörper Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche aussenden. In diesem Fall ist es auch möglich, dass nicht nur ein Wellenlängenbereich konvertiert wird, sondern auch mehrere Wellenlängenbereiche. Hierzu weist das Bauelement in der Regel mehrere verschiedene Wellenlängenkonversionsstoffe auf .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes ist der innere Formkörper von einer weiteren Halbkugelfläche mit Radius Rinnen umschlossen, und die Strahlungsemittierende Vorderseite des Halbleiterkörpers weist eine Fläche A auf. Das Verhältnis A/π*Rinπeπ2 liegt bevorzugt zwischen 1/2 und 1/20, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Auch die weitere Halbkugelfläche ist, wie die innere und die äußere Halbkugelfläche eine virtuelle, gedachte,
Halbkugelfläche, die nicht notwendigerweise in dem Bauelement als gegenständliches Merkmal ausgebildet sein muss.
Weist das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper auf, so sind die Halbleiterkörper von einer Fläche A' umfassbar und das Verhältnis A' /π*Rinnen 2 liegt bevorzugt zwischen 1/2 und 1/20, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die Fläche A' kann beispielsweise ein die Halbleiterkörper einbeschreibender Kreis sein. Besonders bevorzugt ist die Fläche A' die minimale Fläche, die alle Halbleiterkörper des optoelektronischen Bauelementes umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform fällt eine Außenseite des inneren Formkörpers mit der weiteren Halbkugelfläche zumindest in einem Punkt zusammen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform fällt die Außenseite des inneren Formkörpers mit der weiteren Halbkugelfläche zusammen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der innere Formkörper nach Art einer Halbkugel geformt. In diesem Fall fällt die Außenseite des inneren Formkörpers mit der weiteren Halbkugelfläche zusammen. Besonders bevorzugt ist der innere Formkörper bei dieser Ausführungsform derart angeordnet, dass die Halbkugel über dem Halbleiterkörper zentriert ist . Das heißt, dass sich der Flächenschwerpunkt der
Strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers und der Mittelpunkt der Halbkugel auf einer optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes befinden, wobei die optische Achse auf der Strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers senkrecht steht. Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so
sind diese bei dieser Ausführungsform bevorzugt gemäß einem punktsymmetrischen Muster angeordnet, wobei sich der Schwerpunkt des Musters, der in der Regel ebenfalls ein Symmetriepunkt des Muster ist, und der Mittelpunkt der Halbkugel auf der optischen Achse befinden.
Gemäß einer Ausführungsform fällt die innere Halbkugelfläche mit Radius Rkonversion mit der Innenseite der Auskoppellinse in zumindest einem Punkt zusammen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform fällt die Innenseite der Auskoppellinse mit der inneren Halbkugelfläche zusammen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform fällt die Außenseite der Auskoppellinse ebenfalls zumindest in einem Punkt mit der äußeren Halbkugelflache zusammen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform fällt die Außenseite der Auskoppellinse mit der äußeren Halbkugelfläche zusammen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wellenlängenkonvertierende Schicht in direktem Kontakt auf den inneren Formkörper aufgebracht, das heißt, dass die wellenlängenkonvertierende Schicht eine gemeinsame Grenzfläche mit dem inneren Formkörper ausbildet.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Besonders bevorzugt ist die wellenlängenkonvertierende Schicht als Halbkugelschale auf den inneren Formkörper aufgebracht, der bevorzugt ebenfalls als Halbkugel ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Weglänge der
Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs innerhalb der wellenlängenkonvertierenden Schicht im Wesentlichen konstant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auskoppellinse in direktem Kontakt auf die wellenlängenkonvertierende Schicht aufgebracht, das heißt, die Auskoppellinse bildet mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht eine gemeinsame Grenzfläche aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auskoppellinse nach Art einer Halbkugelschale gebildet, die zentriert über dem Halbleiterkörper angeordnet ist, das heißt, dass der Flächenschwerpunkt der Strahlungsemittierenden Vorderseite des Halbleiterkörpers und der Mittelpunkt der Halbkugelschale auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes angeordnet sind. Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so sind diese bei dieser Ausführungsform bevorzugt gemäß einem punktsymmetrischen Muster angeordnet, wobei sich der Schwerpunkt des Musters, der in der Regel ein Symmetriepunkt des Muster ist, und der Mittelpunkt der Halbkugelschale auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelements befinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Halbleiterkörper auf einen Träger aufgebracht, wobei der Träger zumindest seitlich des Halbleiterkörpers einen Spiegel aufweist. Der Spiegel hat die Aufgabe, Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs, die zu einer Rückseite des optoelektronischen Bauelementes gesandt wird, zu einer Strahlungsemittierenden Vorderseite des optoelektronischen Bauelementes umzulenken, die dessen Rückseite gegenüberliegt. Die Rückseite des optoelektronischen Bauelementes kann beispielsweise durch den Träger gebildet sein. Die
Strahlungsemittierende Vorderseite des Bauelementes kann beispielsweise durch die Außenseite der Auskoppellinse gebildet sein. Weiterhin können auf der Außenseite der Auskoppellinse auch weitere Elemente, beispielsweise eine Antireflektionsbeschichtung oder eine UV-absorbierende Schicht, angeordnet sein.
Der Spiegel kann auch unterhalb des Halbleiterkörpers zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt weist der Spiegel einen Reflexionsgrad für Strahlung des ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereichs auf, der mindestens 0,9 beträgt. Besonders bevorzugt weist der Spiegel einen Reflexionsgrad für Strahlung des ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereichs auf, der mindestens 0,98 beträgt.
Weiterhin weisen Rauhigkeitsspitzen des Spiegels bevorzugt höchstens eine Höhe von 40 nm auf.
Besonders bevorzugt ist der Spiegel zumindest seitlich des Halbleiterkörpers spekular reflektierend für Strahlung des ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet.
Der Spiegel kann beispielsweise eine metallische Schicht aufweisen oder aus einer metallischen Schicht bestehen. Die metallische Schicht kann beispielsweise Aluminium aufweisen oder aus Aluminium bestehen.
Weiterhin kann der Spiegel eine metallische Schicht und einen Bragg-Spiegel aufweisen oder aus einer metallischen Schicht und einem Bragg-Spiegel bestehen.
Der Spiegel kann auch als reflektionsverstärkendes oxidbasiertes Schichtsystem ausgebildet sein. Ein reflektionsverstärkendes oxidbasiertes Schichtsystem umfasst zumindest eine Schicht, die ein Oxid aufweist oder aus einem
Oxid besteht. Beispielsweise weist das reflektionsverstärkende oxidbasierte Schichtsystem zwei
Schichten auf, die ein Oxid umfassen, beispielsweise eine
Titanoxidschicht und eine Siliziumoxidschicht.
Umfasst der Spiegel eine metallische Schicht und einen Bragg- Spiegel, so sind diese bevorzugt derart angeordnet, dass die Oberfläche des Spiegels durch den Bragg-Spiegel gebildet wird. Ein Spiegel, dessen Oberfläche durch einen Bragg- Spiegel gebildet wird, weist in der Regel eine geringe Rauhigkeit mit Rauhigkeitsspitzen nicht höher als 40 nm auf. Weiterhin ist ein solcher Spiegel in der Regel spekular reflektierend für Strahlung des ersten und/oder zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet.
Der Bragg-Spiegel ist beispielsweise alternierend aus jeweils zwei Siliziumoxidschichten und aus zwei Titanoxidschichten aufgebaut, das heißt, der Bragg-Spiegel weist zwei Siliziumoxidschichten auf und zwei Titanoxidschichten, die abwechseln angeordnet sind. Die Siliziumoxidschichten umfassen Siliziumoxid oder bestehen aus Siliziumoxid. Die Titanoxidschichten umfassen Titanoxid oder bestehen aus Titanoxid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Halbleiterkörper in einem Reflektorbereich des Trägers angeordnet. Der Reflektorbereich ist beispielsweise durch eine Vertiefung
innerhalb des Trägers gebildet, die bevorzugt schräge Seitenwände aufweist.
Bei dem Träger kann es sich um eine Leiterplatte, etwa eine Metallkernplatine handeln. Weiterhin kann der Träger auch eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Kupfer, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid.
Der Wellenlängenkonversionsstoff weist bevorzugt zumindest einen Stoff aus der Gruppe auf, die durch die folgenden Materialien gebildet wird: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride .
Der Wellenlängenkonversionsstoff ist gemäß einer Ausführungsform in einem Bindemittel eingebettet.
Alternativ kann der Wellenlängenkonversionsstoff auch in Form einer Schicht auf den inneren Formkörper aufgebracht sein, beispielsweise mittels Elektrophorese.
Der innere Formkörper und/oder die Auskoppellinse und/oder das Bindemittel weisen gemäß einer Ausführungsform ein Silikon auf oder bestehen aus einem solchen.
Der innere Formkörper und/oder die wellenlängenkonvertierende Schicht können zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik streuende Partikel aufweisen.
Die streuenden Partikel weisen beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien auf oder bestehen aus einem solchen: Aluminiumoxid, Titanoxid.
Der Halbleiterkörper umfasst in der Regel eine aktive Zone, die zur Strahlungserzeugung beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach- Quantentopfstruktur umfasst. Beispiele für solche MehrfachquantentopfStrukturen sind beispielsweise in den Druckschriften WO 01/39282, WO 98/31055, US 5,831,277, EP 1 017 113 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Umfasst die von dem Halbleiterkörper ausgesandte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs nur sichtbare Strahlung, so ist in der Regel angestrebt, dass der
Wellenlängenkonversionsstoff nur einen Teil dieser Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, während ein weiterer Teil der vom Halbleiterkörper emittierten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs die wellenlängenkonvertierende Schicht unkonvertiert durchläuft. Das optoelektronische Bauelement sendet in diesem Fall Mischlicht aus, das Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umfasst.
Sendet der Halbleiterkörper beispielsweise sichtbares Licht aus dem blauen Spektralbereich aus, so kann ein Teil dieser sichtbaren blauen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs mittels des Wellenlängenkonversionsstoffes in gelbe Strahlung umgewandelt werden, so dass das optoelektronische Bauelement Mischlicht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE- Normfarbtafel aussendet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wellenlängenkonvertierende Schicht innerhalb eines Innenbereiches, der über dem Halbleiterkörper angeordnet ist, dicker ausgeführt, als innerhalb eines Außenbereiches der wellenlängenkonvertierenden Schicht, der seitlich des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Der Außenbereich der wellenlängenkonvertierenden Schicht ist bevorzugt zumindest teilweise umlaufend um den Innenbereich der wellenlängenkonvertierenden Schicht angeordnet. Bei dieser Ausführungsform umfasst der erste Wellenlängenbereich bevorzugt blaue Strahlung, während der zweite Wellenlängenbereich gelbe Strahlung aufweist. Das Bauelement sendet bevorzugt Mischlicht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aus. Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, deren Dicke innerhalb des Innenbereiches über dem Halbleiterkörper größer ist als innerhalb eines Außenbereiche seitlich des Halbleiterkörpers, führt in der Regel zu einer bezüglich des Farbortes besonders homogenen Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelementes .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sendet der Halbleiterkörper Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aus, der ultraviolette Strahlung umfasst. Die ultraviolette Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs wird zumindest
teilweise von dem Wellenlängenkonversionsstoff der wellenlängenkonvertierenden Schicht in sichtbare Strahlung umgewandelt. Der zweite Wellenlängenbereich weist somit sichtbare Strahlung auf. Sendet der Halbleiterkörper elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich aus, so ist in der Regel angestrebt, einen möglichst großen Anteil der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in sichtbares Licht umwandelt, da die ultraviolette Strahlung nicht zur wahrnehmbaren Helligkeit des Bauelementes beiträgt und weiterhin sogar das menschliche Auge schädigen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auskoppellinse absorbierend und/oder reflektierend für elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich ausgebildet. Die Auskoppellinse kann hierzu beispielsweise Glas umfassen oder aus Glas bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der Innenseite der Auskoppellinse eine reflektierende Schicht angeordnet, die für Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs reflektierend ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird eine solche reflektierende Schicht in Kombination mit einem Halbleiterkörper eingesetzt, der Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich aussendet. In diesem Fall ist die reflektierende Schicht bevorzugt reflektierend für ultraviolette Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und durchlässig für sichtbare Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, die reflektierende Schicht in Kombination mit einem Halbleiterkörper anzuwenden, der sichtbare Strahlung aussendet, beispielsweise, wenn eine nahezu vollständige
Konversion der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs angestrebt ist.
Die reflektierende Schicht kann beispielsweise ein dielektrischer Spiegel sein.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur IA, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur IB, eine schematische perspektivische Darstellung des optoelektronischen Bauelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur IA,
Figur 2A, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 2B, eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,
Figur 3, den simulierten Verlauf der Cx-Koordinate des Farbortes in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels Θ dreier verschiedener optoelektronischer Bauelemente,
Figur 4, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 5, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ,
Figur 6A, eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
Figur 6B, eine schematische Schnittdarstellung des optoelektronischen Bauelementes gemäß Figur 6A.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente der Figuren sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile, wie beispielsweise Schichtdicken, zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs zu emittieren. Der Halbleiterkörper 1 ist in einen strahlungsdurchlässigen inneren Formkörper 2 derart eingebettet, dass kein luftgefüllter Raum zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem inneren Formkörper 2 vorhanden ist. Der innere Formkörper 2 ist als Halbkugel mit Radius Ri ausgebildet, die zentriert über dem Halbleiterkörper 1
angeordnet ist, das heißt, dass der Flächenschwerpunkt M einer Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 und der Mittelpunkt M' der Halbkugel, die durch den inneren Formkörper 2 ausgebildet ist, auf einer optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes liegen, wobei die optische Achse 4 senkrecht auf der
Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 steht.
Auf einer Außenseite 5 des inneren Formkörpers 2 ist eine wellenlängenkonvertierende Schicht 6 aufgebracht. Die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 ist in direktem Kontakt auf den inneren Formkörper 2 aufgebracht, das heißt, die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 bildet eine gemeinsame Grenzfläche mit dem inneren Formkörper 2 aus.
Weiterhin weist die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 eine im Wesentlichen konstante Dicke D auf . Die Außenseite 7 der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 bildet daher eine Halbkugelfläche mit Radius R2 aus. Das Verhältnis des Radius R1 zu Radius R2 weist beispielsweise einen Wert zwischen 0,5 und 0,99 auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Bevorzugt weist das Verhältnis des Radius Rx zu Radius R2 einen Wert zwischen 0,6 und 0,95 auf, wobei wiederum die Grenzen eingeschlossen sind. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis von Radius Rx zu Radius R2 ca. 0,8.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 umfasst einen Wellenlängenkonversionsstoff 8, der dazu geeignet ist, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, die von dem Halbleiterkörper 1 emittiert wird, in Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereichs verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Der Wellenlängenkonversionsstoff 8 ist beispielsweise aus der Gruppe gewählt, die durch die folgenden Stoffe gebildet wird: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride.
Der Wellenlängenkonversionsstoff 8 der wellenlängenkonvertierenden Schi »cht 6 ist in ein Bindemittel
9 eingebracht. Bei dem Bindemittel 9 kann es sich beispielsweise um ein Silikon handeln.
Alternativ kann der Wellenlängenkonversionsstoff 8 auch in Form einer Schicht auf den inneren Formkörper 2 aufgebracht sein, beispielsweise mittels Elektrophorese.
Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB eine Auskoppellinse
10 mit einem Brechungsindex nLinse, in die der innere Formkörper 2 und die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 eingebettet sind. Die Auskoppellinse 10 bildet vorliegend mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 eine gemeinsame Grenzfläche aus, das heißt, die Auskoppellinse 10 steht in direktem Kontakt mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6. Die Auskoppellinse 10 ist weiterhin vorliegend als eine Halbkugelschale mit einem inneren Radius R2 und einem äußeren Radius R3 ausgebildet.
Die Auskoppellinse 10 des optoelektronischen Bauelementes erfüllt die Weierstrass-Bedingung, wie im Folgenden erläutert. Eine Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 mit Radius R2 ist von einer inneren Halbkugelfläche Hinnen mit Radius Rkonversion umschlossen, während eine Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 eine äußere Halbkugelfläche Haussen mit
Radius Rausseπ Umschließt . Die Radien Rkonversion Und Raussen erfüllen die Weierstrass-Bedingung: RaUssen ≥ Rkonversion * niinse / F-Luft» wobei niuft der Brechungsindex der Umgebung der Auskoppellinse, typischerweise der Luft, ist.
Die innere Halbkugelfläche Hinnen und die äußere Halbkugelfläche HaUßen sind virtuelle Flächen, die in der Figur gestrichelt dargestellt sind.
Vorliegend fällt die innere Halbkugelflache Hinnen mit der Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 zusammen und es gilt R2 = Rkonversion- Die äußere Halbkugelflache Haussen fällt mit der Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 zusammen und es gilt R3 =
Weist die Auskoppellinse 10 ein Silikon mit einem Brechungsindex niinse von ca. 1,46 auf, so erfüllen beispielsweise folgende Werte für die Radien Rkonversion und
Raussen die WeierStraSS -Bedingung : Rkonversion = 2 , 2 mm Und Raussen
= 4 mm.
Die Strahlungsemittierende Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 ist vorliegend quadratisch ausgebildet und weist eine Fläche A auf. Der inneren Formkörper 2 ist von einer weiteren, ebenfalls virtuellen, Halbkugelflache H3 mit Radius Rinnen umschlossen. Vorliegend fällt eine Außenseite 13
des inneren Formkörpers 2 mit der weiteren Halbkugelfläche H3 zusammen und es gilt: Riπnen = Ri. Das Verhältnis A/π*Rinnen 2 liegt hierbei bevorzugt zwischen 1/2 und 1/20, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Diese Bedingung wird beispielsweise mit einem halbkugelförmigen inneren Formkörper mit Radius R1 = 2 mm und einem Halbleiterkörper, dessen quadratische Strahlungsemittierende Vorderseite eine Seitenlänge 1 = 1 mm aufweist, erfüllt.
Der innere Formkörper 2 kann beispielsweise als Verguss ausgeführt sein. Er kann beispielsweise ein Silikon und/oder ein Epoxid aufweisen oder aus einem dieser Materialien bzw. einem Gemisch dieser Materialien bestehen.
Die Auskoppellinse 10 kann beispielsweise ebenfalls Epoxid oder Silikon aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen. Weiterhin kann die Auskoppellinse 10 auch ein Glas umfassen oder aus einem Glas bestehen. Eine Auskoppellinse 10 aus Glas kann beispielsweise separat gefertigt und auf das Bauelement aufgebracht werden, während eine Auskoppellinse 10 aus einem Vergussmaterial wie Silikon oder Epoxid in der Regel auf dem Bauelement erzeugt wird, beispielsweise durch Gießen oder durch Spritzgießen.
Der innere Formkörper 2 , die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 und die Auskoppellinse 10 können beispielsweise durch ein sequentielles Spritzgussverfahren hergestellt werden. In diesem Fall ist der Wellenlängenkonversionsstoff 8 in der Regel in ein Bindemittel 9 eingebracht und die Auskoppellinse 10 weist ein spritzgießfähiges Material, wie etwa ein Silikon, auf.
Der Halbleiterkörper 1 des optoelektronischen Bauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB ist auf einen Träger 14 aufgebracht. Bei dem Träger 14 kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln. Der Träger 14 kann auch eines der folgenden Materialien umfassen oder aus einem dieser Materialien bestehen: Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid.
Seitlich des Halbleiterkörpers 1 auf dem Träger 14 ist vorliegend ein Spiegel 15 angeordnet, der auch zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Träger 14 ausgebildet ist. Der Spiegel 15 weist bevorzugt einen Reflexionsgrad für Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs von mindestens 0,9 auf. Besonders bevorzugt weist der Spiegel 15 einen Reflexionsgrad von mindestens 0,98 für Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs auf .
Der Spiegel 15 kann beispielsweise durch eine metallische Schicht 26 gebildet sein. Weiterhin kann der Spiegel 15 auch eine metallische Schicht 26 und einen Bragg-Spiegel 27 umfassen. In diesem Fall ist die metallische Schicht 26 bevorzugt zwischen dem Träger 14 und dem Bragg-Spiegel 27 angeordnet, während der Bragg-Spiegel 27 die Oberfläche des Spiegels 15 ausbildet. In der Regel weist die Oberfläche des Spiegels 15 in diesem Fall Rauhigkeitsspitzen auf, die nicht höher als 40 nm ausgebildet sind. Ein solcher Spiegel 15 ist insbesondere in der Regel spekular reflektierend für sichtbare Strahlung ausgebildet.
Die metallische Schicht 26 kann beispielsweise Aluminium aufweisen oder aus Aluminium bestehen.
Der Bragg-Spiegel 27 ist beispielsweise alternierend aus jeweils zwei Siliziumoxidschichten und aus zwei Titanoxidschichten aufgebaut, das heißt, der Bragg-Spiegel weist zwei Siliziumoxidschichten und zwei Titanoxidschichten auf, die abwechseln angeordnet sind. Die
Siliziumoxidschichten umfassen Siliziumoxid oder bestehen aus Siliziumoxid. Die Titanoxidschichten umfassen Titanoxid oder bestehen aus Titanoxid.
Wie Figur IB zeigt, ist der Spiegel 15 bei dem Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB kreisförmig mit einem Radius Rspiegei ausgebildet. Der Halbleiterkörper 1 ist zentriert auf dem kreisförmigen Spiegel 15 angeordnet, das heißt, dass der Flächenschwerpunkt M der Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 und der Mittelpunkt des kreisförmigen Spiegels 15 auf der optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes liegen, die senkrecht auf der
Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 steht.
Auch die Auskoppellinse 10, die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 und der innere Formkörper 2 sind zentriert über dem Halbleiterkörper 1 aufgebracht, das heißt, dass der Mittelpunkt M' der Halbkugel bzw. Halbkugelschale, die jeweils durch den inneren Formkörper 2, die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 sowie die Auskoppellinse 10 ausgebildet sind und der Flächenschwerpunkt M der Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 auf der optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes liegen. Weiterhin stimmt der Radius R3 der Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 vorliegend mit dem Radius RSpiegei des Kreises überein, den der Spiegel 15 ausbildet. Die
Auskoppellinse 10 schließt somit seitlich mit dem Spiegel 15 ab.
Weiterhin sind der Halbleiterkörper 1, der innere Formkörper 2, die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 und die Auskoppellinse 10 rotationssymmetrisch zur optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes angeordnet.
Wie Figur IB zeigt, weist das optoelektronische Bauelement weiterhin zwei externe elektrische Anschlussstellen 16 auf, die dazu vorgesehen sind, das optoelektronische Bauelement elektrisch zu kontaktieren.
Im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB weist das optoelektronische Bauelement gemäß der Figur 2A eine wellenlängenkonvertierende Schicht 6 auf, deren Dicke D variiert. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen dem Bauelemente gemäß der Figur 2A und dem Bauelement gemäß der Figuren IA und IB beschrieben. Nicht näher beschriebene Elemente bzw. Merkmale, wie etwa der Träger 14 oder der Spiegel 15 können beispielsweise wie anhand der Figuren IA und IB bereits beschrieben ausgeführt sein.
Das optoelektronische Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 1, der dazu geeignet ist, Licht eines ersten Wellenlängenbereichs auszusenden, der sichtbare blaue Strahlung umfasst .
Der Wellenlängenkonversionsstoff 8 der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 wandelt einen Teil der blauen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung
eines zweiten Wellenlängenbereichs um, der sichtbare gelbe Strahlung umfasst . Hierzu ist als
Wellenlängenkonversionsstoff 8 beispielsweise YAG: Ce geeignet. Ein weiterer Teil der von dem Halbleiterkörper 1 emittierten blauen Strahlung durchläuft die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 unkonvertiert . Das optoelektronische Bauelement sendet von seiner Vorderseite 17, die vorliegend durch die Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 gebildet ist, Mischlicht aus, das Anteile an blauer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs sowie Anteile gelber Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umfasst. Dieses Mischlicht weist bevorzugt einen Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel auf.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 ist vorliegend derart ausgebildet, dass sie in einem Innenbereich 18 über dem Halbleiterkörper 1 dicker ausgebildet ist als in einem Außenbereich 19 seitlich des Halbleiterkörpers 1. Das Verhältnis zwischen der Dicke D der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 im Innenbereich 18 zu der Dicke D der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 im Außenbereich 19 beträgt bevorzugt ca. 5,5.
Durch die Variation in der Dicke der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 wird ein größerer Teil der blauen Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches, die den Innenbereich 18 der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 durchläuft, von dem Wellenlängenkonversionsstoff 8 in gelbe Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umgewandelt als von der blauen Strahlung, die die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 in ihrem Außenbereich 19 durchläuft. Da der Halbleiterkörpers 1 jedoch die blaue Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs im Wesentlichen von seiner Vorderseite 3
aussendet, ist der Anteil an blauer Strahlung größer, der in Richtung des Innenbereiches 18 ausgesandt wird, als der Anteil an Strahlung, der in Richtung des Außenbereiches 19 verläuft. Durch die Variation der Dicke D der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 wird daher die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelementes hinsichtlich des Farbortes homogenisiert.
Weiterhin kann die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 streuende Partikel 25 aufweisen, die dazu vorgesehen sind, unkonvertierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches und konvertierte Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches zu mischen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der innere Formkörper 2 streuende Partikel 25 aufweisen. Die streuenden Partikel 25 weisen beispielsweise Aluminiumoxid oder Titanoxid auf oder bestehen aus einem dieser Materialien.
Die Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 ist, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren IA und IB, als eine Halbkugelflache mit Radius R3 ausgebildet. Da die Auskoppelfläche aber - ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren IA und IB - in direktem Kontakt auf die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 aufgebracht ist, ist die Innenseite 11 der Auskoppeilinse 110 an die Außenseite 7 der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 angepasst. Die Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 ist daher innerhalb eines Innenbereiches, der dem Innenbereich 19 der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 entspricht, gegenüber einer Halbkugelflache abgeflacht.
Die Auskoppellinse 10 entspricht jedoch ebenso wie der Auskoppellinse 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB der Weierstrass-Bedingung wie im Folgenden
erläutert. Die äußere Halbkugelflache Haußen fällt mit der Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 zusammen und es gilt R3 = Raussen- Die Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 ist von einer inneren Halbkugelfläche Hiπnen mit einem Radius Rkonversion umschlossen und es gilt: RauSsen ≥ Rkonversion * nLinse/muft . Insbesondere ist die Weierstrass-Halbkugelschale, die durch die innere Halbkugelflache Hinnen und die äußere Halbkugelfläche Haussen gebildet ist, frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6.
Da die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 in direktem Kontakt auf den inneren Formkörper 2 aufgebracht ist, weicht auch die Form des inneren Formkörpers 2 von der Form des inneren Formkörpers 2 ab, wie er anhand der Figuren IA und IB beschrieben wurde. Die Außenseite 13 des inneren Formkörpers 2 ist gegenüber einer Halbkugelflache abgeflacht.
Weiterhin sind der Halbleiterkörper 1, der innere Formkörper 2, die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 und die Auskoppellinse 10 rotationssymmetrisch zur optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes angeordnet, die senkrecht auf der Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 steht.
Das Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2B weist wie das Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2A eine wellenlängenkonvertierende Schicht 6 mir variabler Dicke D auf. Im Folgenden werden, um Wiederholungen zu vermeiden, nur die Unterschiede zwischen dem Bauelement gemäß Figur 2A und dem Bauelement gemäß Figur 2B beschrieben. Die übrigen Elemente und Merkmale des Bauelementes gemäß der Figur 2B können beispielsweise, wie anhand Figur 2A bereits beschrieben, ausgebildet sein.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 des Bauelements gemäß Figur 2A ist in einem Innenbereich 18 über dem Halbleiterkörper 1 dicker ausgebildet als in einem Außenbereich 19 seitlich des Halbleiterkörpers 1. Daher weicht die Außenseite 5 des inneren Formkörpers 2 von einer Halbkugelform ab. Die Außenseite 7 der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 ist jedoch derart ausgebildet, dass sie eine Halbkugelflache mit Radius R2 ausbildet. Daher bildet die Innenseite 11 der Auskoppellinse 10, die in direktem Kontakt auf die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 aufgebracht ist, ebenfalls eine Halbkugelfläche aus. Die Auskoppellinse 10 erfüllt die Weierstrass-Bedingung: Raussen ≥ Rkonversion * nLinse / niuft/ wobei die innere Halbkugelflache Hi1U16n mit Radius Rκonverison mit der Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 zusammenfällt und es gilt Rkonversion=R2 • Die äußere Halbkugelfläche HaUßen fällt mit der Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 zusammen und es gilt
Im Innenbereich 18 beträgt das Verhältnis zwischen der Dicke D der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 und dem Radius R2 beispielsweise ca. 0,44, während das Verhältnis zwischen der Dicke D der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 und dem Radius R2 innerhalb des Außenbereiches 19 beispielsweise einen Wert von ca. 0,08 beträgt. Der Übergang zwischen dem Innenbereich 18 und dem Außenbereich 19 in der Dicke D der wellenlängenkonvertierenden Schicht 6 verläuft hierbei in der Regel kontinuierlich.
Figur 3 zeigt den simulierten Verlauf der Cx-Koordinate des Farbortes in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels dreier verschiedener optoelektronischer Bauelemente.
Zum Einen ist der simulierte Cx-Wert des Farbortes in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels Θ eines herkömmlichen Bauelementes dargestellt, bei dem die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 direkt auf die Strahlungsemittierende Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht ist (Kurve 1) . Der Farbort der von einem solchen Bauelement ausgesandten Strahlung variiert deutlich mit dem Abstrahlwinkel Θ. Der Cx-Wert des Farbortes ist hierbei für kleine Abstrahlwinkel Θ deutlich kleiner ist als für große Abstrahlwinkel Θ. Dies bedeutet, dass ein Innenbereich der Strahlungsemittierende Vorderseite des optoelektronischen Bauelementes einen bläulichen Farbeindruck aufweist, während ein Außenbereich des Strahlungsemittierenden Vorderseite des optoelektronischen Bauelement einen gelblichen Farbeindruck beim Betrachter hinterlässt.
Weiterhin zeigt Figur 3 den simulierten Verlauf des Cx-Wertes des Farbortes eines optoelektronischen Bauelementes mit einem inneren Formkörper 2, einer wellenlängenkonvertierende Schicht 6 mit konstanter Dicke D auf dem inneren Formkörper und einer Auskoppellinse, wie es oben anhand der Figuren IA und IB beschrieben wurde (Kurve 2) . Auch ein solches optoelektronisches Bauelement weist noch eine geringe
Schwankung des Cx-Wertes mit dem Abstrahlwinkel Θ auf . Diese ist jedoch gegenüber einem herkömmlichen Bauelement deutlich vermindert .
Die dritte Kurve (Kurve 3) in dem Graph der Figur 3 zeigt den simulierten Verlauf des Cx-Wertes mit dem Abstrahlwinkel Θ für ein Bauelement, dessen wellenlängenkonvertierende Schicht 6 über dem Halbleiterkörper 1 dicker ausgebildet ist als
seitlich, wie es anhand der Figuren 2A und 2B beschrieben wurde. Wie Figur 3 zu entnehmen, ist die Abstrahlcharakteristik eines solchen Bauelementes hinsichtlich des Farbortes nahezu homogen ausgebildet.
Das Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen einen Träger 14 mit einem Reflektorbereich 20 auf, auf den der Halbleiterkörper 1 aufgebracht ist .
Der Reflektorbereich 20 ist gegenüber der übrigen Oberfläche des Trägers 14 abgesenkt. Der Reflektorbereich 20 bildet vorliegend eine Kavität mit schrägen Seitenwänden 21 aus. Der Reflektorbereich ist dafür vorgesehen, Strahlung des Halbleiterkörpers zur Strahlungsemittierenden Vorderseite des optoelektronischen Bauelementes zu lenken. Daher ist der Spiegel 15 insbesondere auf dem Reflektorbereich 20 des Trägers 14 ausgebildet. Der Reflektorbereich ist vorliegend rotationssymmetrisch zur optischen Achse 4 des Bauelementes ausgebildet, die auf der Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 senkrecht steht und durch den Flächenschwerpunkt M der Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 des Halbleiterkörpers 1 verläuft.
Der Halbleiterkörper 1 ist vorliegend in einen Formkörper 2 derart eingebettet, das kein luftgefüllter Raum zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem inneren Formkörper 2 vorliegt. Dies bedeutet vorliegend, dass die Kavität, die durch den Reflektorbereich 20 in dem Träger 14 gebildet ist, vollständig mit dem inneren Formkörper 2 ausgefüllt ist. Weiterhin ist die Außenseite 5 des inneren Formkörpers 2 gemäß einer Halbkugelfläche mit Ri=Rinnen ausgebildet. Die
wellenlängenkonvertierende Schicht 6 und die Auskoppellinse 10 sind, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren IA und IB als Halbkugelschalen ausgeführt, die jeweils in direktem Kontakt miteinander bzw. mit dem inneren Formkörper aufgebracht sind. Der Mittelpunkt M' der Halbkugelschalen, die durch die wellenlängenkonvertierende Schicht 6 und die Auskoppellinse 10 ausgebildet sind, liegt im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB jedoch auf Grund des Reflektorbereiches 20 in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers 1 über dem Halbleiterkörper 1. Die Weierstrass-Bedingung gilt jedoch ebenfalls für die Auskoppellinse 10. Das heißt, dass der Radius Rkonversion der inneren Halbkugelflache Hinnen und der Radius der äußeren Halbkugelflache Haussen mit Radius Raussen die Weierstrass- Bedingung: Raussen ≥ Rkonversion * niinse / nLuft, erfüllen.
Vorliegend fällt die innere Halbkugelflache Hinnen mit der Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 zusammen und es gilt R2 = Rkonversion- Die äußere Halbkugelflache Haussen fällt mit der Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 zusammen und es gilt R3 =
K-aussen •
Die übrigen Elemente bzw. Merkmale des Bauelementes gemäß der Figur 4 können beispielsweise wie bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB ausgeführt sein. Um Wiederholungen zu vermeiden werden, diese daher vorliegend nicht weiter beschrieben.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB eine Auskoppellinse 10 auf, deren Außenseite 12 von einer Halbkugelfläche abweicht. Die
Außenseite 12 der Auskoppeilinse 10 ist in einem Innenbereich 22 sphärisch gekrümmt mit einem Krümmungsradius Rkrümmung > Raussen/ wobei RaUssen der äußere Radius der virtuellen Weierstrass-Halbkugelschale ist. Weiterhin weist die Auskoppellinse 10 schräge Seitenflächen 23 auf, die den Innenbereich der Auskoppellinse 10 seitlich begrenzen.
Die Auskoppellinse 10 mit Brechungsindex niinse gehorcht der Weierstrass-Bedingung, wie im Folgenden erläutert. Die Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 mit Radius R2 fällt mit der Halbkugelfläche Hinnen zusammen und es gilt Rkonversion = R2/ während die Außenseite 12 der Auskoppellinse 10 eine äußere Halbkugelflache Haussen mit Radius Raussen umschließt. Die Radien Rkonversion und Raussen erfüllen die Weierstrass-Bedingung: Raussen ≥ Rkonversion * niinse / nLuft , wobei niuft der Brechungsindex der Luft ist.
Die übrigen Elemente bzw. Merkmale des Bauelementes gemäß der Figur 5 können beispielsweise wie bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB ausgeführt sein. Um Wiederholungen zu vermeiden werden, diese daher vorliegend nicht weiter beschrieben.
Im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB weist das optoelektronische Bauelement gemäß der Figuren 6A und 6B mehrere Halbleiterkörper 1 auf. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen dem Bauelement gemäß der Figuren 6A und 6B und dem Bauelement gemäß der Figuren IA und IB beschrieben. Nicht beschriebene Elemente bzw. Merkmale können beispielsweise gemäß dem Bauelement des Ausführungsbeispiels der Figuren IA und IB überein.
Die Halbleiterkörper 1 des Bauelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6A und 6B sind in einem regelmäßigen Muster, vorliegend gemäß einem quadratischen Gitter 24, angeordnet. Die Halbleiterkörper 1 liegen jeweils mit einem Flächenschwerpunkt M der Strahlungsemittierenden Vorderseite 3 auf einem Gitterpunkt des quadratischen Gitters 24. Alternativ können die Halbleiterkörper 1 beispielsweise auch gemäß einem hexagonalen Gitter angeordnet sein. Die Halbleiterkörper 1 sind zentriert unterhalb des inneren Formkörpers 2 angeordnet, das heißt, dass ein Schwerpunkt S des quadratischen Gitters 24 und der Mittelpunkt M' der Halbkugel, die durch den inneren Formkörper 2 gebildet ist, auf der optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes liegen, wobei die optische Achse auf dem Spiegel 15 senkrecht steht. Auch die Auskoppellinse 10 ist zentriert über den Halbleiterkörpern 1 angeordnet, das heißt, dass der Schwerpunkt S des quadratischen Gitters 24 und der Mittelpunkt M' der Halbkugelschale, die die Auskoppellinse 10 ausbildet, auf der optischen Achse 4 des optoelektronischen Bauelementes liegen. Der Schwerpunkt S des quadratischen Gitters 24 ist vorliegend ebenfalls Symmetriepunkt des Gitters 24.
Die vier Halbleiterkörper 1 des optoelektronischen Bauelementes des Ausführungsbeispiels der Figuren 6A und 6B sind von einem Kreis mit Fläche A' einbeschrieben, wobei jeweils eine äußere Ecke eines Halbleiterkörpers 1 auf dem einbeschreibenden Kreis liegt. Der inneren Formkörper 2 ist von einer weiteren, ebenfalls virtuellen, Halbkugelflache H3 mit Radius Rlnnen umschlossen. Vorliegend fällt eine Außenseite 13 des inneren Formkörpers 2 mit der weiteren Halbkugelflache H3 zusammen und es gilt: Rinnen = Ri- Das
Verhältnis A'/π*Rinnen2 liegt hierbei bevorzugt zwischen 1/2 und 1/20, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Die Halbleiterkörper 1 senden beispielsweise ultraviolette Strahlung aus, das heißt, dass der erste Wellenlängenbereich ultraviolette Strahlung umfasst. In diesem Fall ist in der Regel eine vollständige Konversion der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs durch den Wellenlängenkonversionsstoff 8 in sichtbare Strahlung angestrebt. Weiterhin ist die Auskoppellinse 10 in diesem Fall absorbierend für ultraviolette Strahlung ausgebildet, beispielsweise indem sie ein Glas aufweist. Weiterhin ist, wie in Figur 6B gezeigt, in diesem Fall bevorzugt eine reflektierende Schicht 28 auf der Innenseite 11 der Auskoppellinse 10 angeordnet, die reflektierend für ultraviolette Strahlung und durchlässig für sichtbare Strahlung ausgebildet ist. Bei der reflektierenden Schicht 18 kann es sich beispielsweise um einen dielektrischen Spiegel handeln.
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 von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben sind.