EP3888141A1 - Optoelectronic device having an ultraviolet light-emitting diode, on which an optical device is arranged - Google Patents

Optoelectronic device having an ultraviolet light-emitting diode, on which an optical device is arranged

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EP3888141A1
EP3888141A1 EP19868180.1A EP19868180A EP3888141A1 EP 3888141 A1 EP3888141 A1 EP 3888141A1 EP 19868180 A EP19868180 A EP 19868180A EP 3888141 A1 EP3888141 A1 EP 3888141A1
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EP
European Patent Office
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emitting diode
light
particles
optical device
solution
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19868180.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
David Vaufrey
Yohan Desieres
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the technical field of the invention relates to that of optoelectronics and more particularly that of optoelectronic devices emitting in the ultraviolet.
  • the invention relates to an optoelectronic device comprising a light emitting diode configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light emitting diode included in the ultraviolet.
  • ultraviolet light that is to say ultraviolet electromagnetic radiation
  • it can be used at least one light-emitting diode having, during its operation, an emission spectrum having a peak whose wavelength is included in the ultraviolet.
  • it is sought to improve its efficiency so that it is as high as possible, in particular by improving the extraction of photons that the light-emitting diode can generate.
  • first and second techniques can be used alone or in combination. However, these first and second techniques are not suitable for light emitting diodes emitting in the ultraviolet. This inadequacy comes in particular from the fact:
  • the epoxy is highly absorbent at the wavelengths included in the ultraviolet.
  • UV-C ultraviolet C radiation
  • UV-A ultraviolet A radiation
  • the purpose of the invention is to improve the extraction of photons generated within an optoelectronic device, in particular generated by a light emitting diode with an emission wavelength included in the ultraviolet.
  • the invention seeks to improve disinfection by using a light emitting diode emitting in the ultraviolet.
  • the invention relates to an optoelectronic device comprising a light emitting diode configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light emitting diode included in the ultraviolet, this optoelectronic device being characterized in that it comprises an optical device configured to extract photons generated by the light-emitting diode, said optical device being arranged on an emitting face of the light-emitting diode, said optical device comprising particles transparent to the emission wavelength of the light emitting diode, preferably said transparent particles are made of a semiconductor material.
  • Such an optoelectronic device makes it possible to aim towards the desired goal in the sense that its optical device is, at least in part, transparent to the ultraviolet radiation emitted by the light-emitting diode, and in the sense that the transparent particles make it possible to give the desired shape to the optical device, for example to form a rough-looking surface, or even to form an optical element for extracting photons and shaping a beam of photons to be emitted by the optoelectronic device.
  • Another advantage of transparent particles is that they can serve, as will be seen hereinafter, as a matrix in which so-called conversion particles are dispersed, making it possible to convert part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode during its operation. .
  • Yet another benefit transparent particles is that the cohesion of the optical device can be maintained by van der Waals forces implemented, for example, between particles whether transparent or not: the manufacture of such an optoelectronic device can therefore be brought into play work without the need for annealing which could damage the layers present within the light-emitting diode, the optoelectronic device can thus have a satisfactory photon extraction efficiency.
  • the optical device comprises conversion particles configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode, electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the conversion particles included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode;
  • the emission wavelength of the light-emitting diode is chosen in the ultraviolet C, and the emission wavelength of the conversion particles is chosen in the ultraviolet A;
  • the optical device has the shape of a dome, a cone or a pyramid
  • the optical device comprises a plurality of structures, these structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, each of the structures comprising a part of the transparent particles;
  • the structures each comprise a part of the conversion particles
  • the optical device comprises an optical element and structures
  • the optical element being arranged on the structures, the optical element comprises the conversion particles, the transparent particles being distributed so that: the structures each comprise particles transparent, and the optical element comprises transparent particles;
  • the optical device comprises an optical element and structures
  • the structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, the optical element being arranged on the structures, and the conversion particles are distributed so that the structures each comprise conversion particles, the transparent particles being distributed so that the element optics has transparent particles and the structures have transparent particles;
  • the optical device comprises an optical element and structures, the structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, the optical element being arranged on the structures, the structures comprising only the conversion particles and the optical element comprising the transparent particles;
  • the transparent particles are each made of aluminum nitride
  • the conversion particles are each made of gallium nitride
  • Each of the transparent particles has a size strictly less than l / (2 x n), with n the optical index of the material of the transparent particles, and l the emission wavelength of the light emitting diode;
  • Each of the conversion particles has a size strictly less than l / (2 x ni), with m the optical index of the material of the conversion particles, and l the emission wavelength of the light-emitting diode;
  • the invention also relates to a method for manufacturing an optoelectronic device, in particular as described.
  • a manufacturing method includes a step of supplying the light-emitting diode and a step of forming the optical device.
  • the step of forming the optical device comprises a step of depositing a solution at least above the emitting face of the light-emitting diode, said solution comprising a solvent and at least part of the transparent particles.
  • the step of forming the optical device includes a step of evaporating the solvent from the deposited solution to form at least part of the optical device.
  • the solution deposited at least above the emission face is a first solution comprising a first part of the transparent particles of the optical device to be formed.
  • the step of forming the optical device includes a step of shaping the first solution deposited. It results from the step of shaping the first deposited solution and from the step of evaporation of the solvent from the first deposited solution, a formation of a first part of the optical device. with structures.
  • the step of forming the optical device comprises a step of depositing a second solution on the structures in order to form a second part of the optical device, the second solution comprising a solvent and a second part of the transparent particles of the optical device to be formed. .
  • the step of forming the optical device includes a step of evaporating the solvent from the second solution deposited to form the second part of the optical device.
  • the first solution, or the second solution comprises conversion particles configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode, electromagnetic radiation according to a wavelength d emission of the conversion particles included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode.
  • FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of an optoelectronic device according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of the optoelectronic device according to another particular embodiment of the invention.
  • Figure 3 illustrates a cross-sectional view of the optoelectronic device according to yet another particular embodiment of the invention.
  • FIG. 4 illustrates, in section view, a portion of an optical device of the optoelectronic device showing that, according to one embodiment, the latter comprises an assembly of transparent particles.
  • FIG. 5 illustrates, in section view, a portion of the optical device of the optoelectronic device showing that, according to one embodiment, the latter comprises an assembly of transparent particles and conversion particles.
  • FIG. 6 illustrates a step in a method of manufacturing the optoelectronic device.
  • FIG. 7 illustrates a step in the manufacturing process carried out with a view to forming structures of the optical device.
  • FIG. 8 illustrates a step in the manufacturing process enabling the structures of the optical device to be formed after the step shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 illustrates a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device shown in FIG. 1.
  • FIG. 10 illustrates, according to an alternative to FIG. 9, a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device represented in FIG. 1.
  • FIG. 11 illustrates a step in the manufacturing process implemented after that shown in FIG. 10.
  • FIG. 12 illustrates a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device shown in FIG. 3.
  • FIG. 13 illustrates, according to an alternative to FIG. 12, a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device represented in FIG. 3.
  • electromagnetic radiation at a wavelength when reference is made to “electromagnetic radiation at a wavelength”, it is understood that this wavelength is that of the peak of the emission spectrum of this electromagnetic radiation.
  • the peak of the emission spectrum therefore corresponds to a wavelength value at which most of the electromagnetic radiation concerned is emitted.
  • an “emission wavelength” of an emissive system such as a light-emitting diode, or of conversion particles, it is a wavelength at which a electromagnetic radiation can be emitted by this emissive system.
  • This electromagnetic radiation has, when emitted by the emissive system, a wavelength equal to the emission wavelength. As illustrated by way of example in FIGS.
  • the invention relates to an optoelectronic device 100 comprising a light-emitting diode 101 configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light-emitting diode 101 included in ultraviolet, preferably between 100 nm and 400 nm.
  • the optoelectronic device 100 includes an optical device 102 for extracting photons generated by the light-emitting diode 101, in other words the optical device 102 is configured to extract photons generated by the light-emitting diode 101 effectively.
  • the optical device 102 can also provide frequency conversion to allow the generation of radiation of lower optical frequency than the radiation emitted by the light emitting diode 101.
  • This optical device 102 is arranged on an emitting face 103 of the light-emitting diode 101. More specifically, the optical device 102 is in contact with the emitting face 103 to ensure the extraction of photons generated by the light-emitting diode 101 during its operation.
  • the emission face 103 of the light-emitting diode 101 also called the emissive face, corresponds in particular to a face by which it is desired for the passage of a majority of the photons escaping from the light-emitting diode 101 and generated by the light-emitting diode 101 , especially in an active region of the latter, during its operation.
  • the optical device 102 is therefore configured to exacerbate the extraction of photons generated by the light-emitting diode 101 during its operation.
  • the optical device 102 can also make it possible, if necessary, to cooperate with the light-emitting diode 101 to form a beam of photons with or without conversion of these photons as will be seen below.
  • the optical device 102 further comprises transparent particles 104 (FIGS. 4 and 5) to the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, these transparent particles 104 participate in particular in improving the extraction of photons generated by the light-emitting diode towards the exterior of the optoelectronic device 100.
  • particles transparent to electromagnetic radiation 104 emitted by the light-emitting diode 101 are transparent at the emission wavelength of the light-emitting diode 101. This transparency of transparent particles 104 is necessary to allow at least part of the photons generated by the light-emitting diode 101 to pass through the optical device 102 unlike the epoxy of the prior art which is not transparent to ultraviolet.
  • the transparent particles 104 are made of a transparent material such as, for example, a semiconductor material in particular of band gap energy strictly greater than the energy of the photons emitted by the light-emitting diode 101.
  • Such transparent particles 104 exhibit the advantage of improving the extraction of photons of electromagnetic radiation, of the ultraviolet type, emitted by the light-emitting diode 101, without in particular having to form a massive layer (“bulk layer” in English) in this material, the deposition and possible structuring would be likely to damage the light-emitting diode 101 which could then have a degraded yield. Furthermore, the use of transparent particles 104 makes it possible to structure the optical device 102 in an appropriate manner without requiring technological steps carried out at a temperature strictly above 200 ° C. which could damage the light-emitting diode 101: it follows that the device optoelectronics 100 has good performance.
  • the transparent particles 104 can be used to form, for example, at least in part an optical element 105 (FIGS. 1 and 3), for example being in the form of a dome, on the light-emitting diode 101 and / or at least partly of the structures 106 (FIGS. 2 and 3) on the emission face 103 of the light-emitting diode 101.
  • the optical element 105 constitutes the optical device 102.
  • the structures 106 constitute the optical device 102.
  • the optical device 102 comprises the structures 106 and the optical element 105.
  • This optical element 105 and / or these structures 106 make it possible to avoid the photons generated within the optoelectronic device 100 from being reflected towards the inside the light-emitting diode 101.
  • the transparent particles 104 in contact with the light-emitting diode 101 are in particular made of a material with an optical index greater than or equal to the effective index of l a light emitting diode 101.
  • the optical device 102 has an outer surface adapted to prevent a photon from finding itself in total reflection condition.
  • the dome shape of the optical element 105 allows a photon, whatever its incidence, to meet a diopter almost normal to its direction of propagation to avoid its internal reflection within the element optical 105.
  • the optical element 105 is also preferably configured to form a beam to be emitted by the optoelectronic device 100, this beam comprising photons generated by the optoelectronic device 100 for example by the light-emitting diode 101, or by the light-emitting diode 101 and in the optical device 102.
  • the semiconductor material forming the transparent particles 104 may be such that it has a gap, also called a band gap in the field of microelectronics, strictly greater than the energy of the photons of the electromagnetic radiation emitted by the light emitting diode 101.
  • This energy of the photons emitted / generated by the light emitting diode 101 is that of the ultraviolet photons.
  • the advantage of using a semiconductor material allows, as desired, to pass photons generated by the light emitting diode 101.
  • the semiconductor material of transparent particles 104 has the advantage of ensuring the desired transparency at the emission wavelength of the light-emitting diode 101.
  • an advantage of using transparent particles 104 of semiconductor material is that such particles can be deposited during the manufacture of the optoelectronic device 100 according to simple methods to implement, such as centrifugation or depositing a drop: in this sense, the optoelectronic device
  • the material, in particular semiconductor, of the transparent particles 104 preferably has an optical index (also called the refractive index) greater than or equal to the effective index of the light-emitting diode 101 to improve the extraction of the photons generated by the light emitting diode 101.
  • the effective index of the light emitting diode corresponds to the optical index seen by the optical mode propagating in the light emitting diode 101: thus, the effective index of the light emitting diode 101 is between the smallest and the greater of the optical indices of the semiconductor layers of the light-emitting diode 101.
  • this effective index of the optical device 102 is notably greater than or equal to the effective index of the light-emitting diode 101 in order to ensure a suitable extraction of photons generated by the light-emitting diode 101.
  • the transparent particles 104 each comprise aluminum nitride (for example AIN), and are preferably each each made of aluminum nitride.
  • Each transparent particle 104 can have a size of 5 nm, and can have a density of 3.26 g / cm 3 .
  • Aluminum nitride is particularly suitable when the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is in the ultraviolet, in particular included in UV-C (ultraviolet C), but also in ultraviolet B ( UV-B) or in ultraviolet A (UV-A).
  • the transparent particles 104 may contain, or be made of, aluminum oxide (for example of formula AI 2 O3), however aluminum nitride is preferred because its optical index is higher than that of the oxide of 'aluminum.
  • the transparent particles 104 can participate in directly forming the optical device 102 or a part of the latter whose roughness (for example of amplitude strictly greater than 1/10 of the wavelength of the radiation emitted in the light-emitting diode 101) allows to exacerbate the extraction of photons while avoiding implementing a modification of the surface of a semiconductor layer of the light-emitting diode 101 after its deposition which would have the consequence of degrading its electrical properties.
  • the optical device 102 can comprise conversion particles 107 configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the particles of conversion 107 included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode 101.
  • the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107 during the operation of the light-emitting diode 101 has a length d wave included in the ultraviolet and strictly greater than the wavelength of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101.
  • conversion particles 107 makes it possible to use only a single light-emitting diode 101 which, in association with the optical device 102, allows the optoelectronic device 100 to emit two electromagnetic radiation with distinct emission peaks.
  • the beam emitted by the optoelectronic device 100 can comprise photons of two electromagnetic radiations having different wavelengths.
  • the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is chosen in the UV-C, and the emission wavelength of the conversion particles 107 is chosen in the UV-A.
  • the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is between 230 nm and 300 nm, in particular the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is equal to 265 nm .
  • the emission wavelength of the conversion particles 107 is between 300 nm and 400 nm, in particular the emission wavelength of the conversion particles 107 is equal to 365 nm.
  • the conversion particles 107 allow in particular, by optical pumping, a conversion to a wavelength strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode 101 when they receive the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101.
  • an optoelectronic device 100 has the advantage of forming two sources capable of respectively emitting two electromagnetic radiation of different wavelengths by means of a single power supply supplying the light-emitting diode 101.
  • the light-emitting diode 101 forms one of these two sources and the conversion particles 107 form the other of these two sources.
  • the photon fluxes from the two electromagnetic radiations can be calibrated as a function of the type of light-emitting diode 101 used, and of the composition of transparent particles 104 and conversion particles 107 of the optical device 102.
  • the conversion particles 107 may each contain, or are each made of, gallium nitride (for example of formula GaN). Such conversion particles 107 are very particularly suitable for emitting ultraviolet radiation of longer wavelength than that of the ultraviolet radiation having excited said conversion particles 107 as described in the document “Simple synthesis of GaN nanoparticles from gallium nitrate and ammonia aqueous solution under a flow of ammonia gas ”by Ferry Iskandar et al. published in Materials Letters 60 (2006) 73-76 by the publisher Elsevier.
  • the conversion particles 107 can each be formed from a semiconductor material such that it has a gap strictly less than the energy of the photons of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, and corresponding to the energy of the photons to be emitted by the conversion particles 107.
  • the transparent particles 104 are each made of aluminum nitride and the conversion particles 107 are each made of gallium nitride.
  • the transparent particles 104 may each be made of aluminum oxide.
  • the transparent 104 and the conversion particles 107 is that the particles of conversion 107 can be dispersed within a set, also called a matrix, of transparent particles 104 as described.
  • the transparent particles 104 make it possible, during the manufacture of the optoelectronic device 100, to control the number of conversion particles 107 and the distribution of the conversion particles 107 within the optical device 102. This makes it possible to adjust the proportion of photons , electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 during its operation, transformed into photons of the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107.
  • the person skilled in the art is able to adapt:
  • the conversion particles 107 may each have a size between 5 nm and 100 nm. This size is very particularly suitable for the application for converting the radiation emitted by the light-emitting diode 101. This size range for the conversion particles 107 is very particularly suitable for making it possible to control, if necessary, the mixture of these particles of conversion with the transparent particles, in particular when the transparent particles 104 are of size similar to the size of the conversion particles 107.
  • the size of a particle is in particular its maximum dimension.
  • the particle has a size such that it is included in a sphere whose diameter is equal to this size.
  • each particle referred to in this description takes the form of a sphere.
  • the particles described are in particular nanoparticles which can take the form of beads.
  • the transparent particles 104 are also transparent to the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107.
  • the semiconductor material forming these transparent particles 104 is such that it has a gap strictly greater than the energy of the photons of the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107 during the operation of the light-emitting diode 101.
  • transparent particles 104 or transparent particles 104 and conversion particles 107, allows this in the particular case of a light emitting diode 101 emitting in the ultraviolet: it is then enough to arrange the particles to obtain a shape. suitable and / or a suitable composition of the optical device 102.
  • the porosity of the optical device 102 imparted by the presence of interstices between the particles
  • the shape and the roughness of surface of the optical device 102 imparted by the assembly of the particles will make it possible to reduce the trapping of the photons coming from the conversion particles 107.
  • FIGS. 1 to 3 illustrate different possibilities of making the optoelectronic device 100. Where appropriate, the optical device 102 allows
  • the optical device 102 makes it possible to transmit the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, in particular by converting part of this electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 in the presence of particles of conversion 107 in the optical device 102 also called the optical element 105 according to this embodiment.
  • the optical device 102, or the optical element 105 can have the shape of a dome 105, a pyramid or a cone.
  • the dome can be spherical and adopt the shape of a half-sphere.
  • the pyramid may have a base formed by a polygon, for example a triangle, a square or a hexagon.
  • the pyramid can be truncated.
  • the shape is in particular a so-called “outside” shape of the optical device 102 imparted by its outer surface remote from the light-emitting diode 101.
  • the optical device 102 encapsulates a part of the light-emitting diode 101.
  • this optical device 102 comprises, or is constituted by, the transparent particles 104 to the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101.
  • the transparent particles 104 are made integral with one another by van der Waals links.
  • the optical device 102 in particular in the form of a dome, can optimize the power transmission, that is to say the extraction of photons, from its external surface, in particular by virtue of the assembly of the particles which compose it and which can increase the number of facets of the optical device 102 and / or the roughness of its outer surface to improve the extraction of photons.
  • its external surface corresponds to its rounded surface opposite to the light-emitting diode 101.
  • such an optical device 102 also makes it possible to participate in the shaping of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 and passing through the optical device 102 according to a desired photon beam.
  • the optical device 102 for example in the form of a dome 105, can cover the light-emitting diode 101, in particular so as to facilitate the extraction of photons from lateral faces 101 a, 101 b (FIG. 1) of the distinct light-emitting diode 101 from its emission face 103: it is then possible to maximize the quantity of photons extracted from the optoelectronic device 100.
  • the optical device 102 can comprise only the transparent particles 104, or if necessary the transparent particles 104 and the particles of conversion 107.
  • the optical device 102 comprises a plurality of structures 106. These structures 106 are arranged on the emission face 103 of the light-emitting diode 101. Each of these structures 106 comprises a part transparent particles 104. In other words, the transparent particles 104 of the optical device 102 are distributed within the different structures 106. These structures 106 may be micrometric pyramids in particular made up of, or comprising the, transparent particles 104. The apex of each of the pyramids is at a distance from the light-emitting diode 101 while the base of each of the pyramids may be in contact with the light-emitting diode 101.
  • micrometric pyramids By “micrometric pyramids”, it is meant that these pyramids have dimensions in particular between 0.5 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • the structures 106 can be arranged so as to form a layer of structures 106 joining on the emission face 103. Such structures 106 are configured to improve the light extraction (ultraviolet light) from the light emitting diode 101 in particular. by facilitating the passage of photons emitted by the light-emitting diode 101 through the layer of structures 106 while limiting the return of photons by internal reflection to the light-emitting diode 101. Any form of structure 106 allowing the extraction function referred to above above can be used. If the conversion is not desired, the structures
  • the structures 106 consist of transparent particles 104.
  • the structures 106 each comprise a part of the transparent particles 104 and a part of the conversion particles
  • the structures 106 are preferably identical.
  • the formation of a plurality of structures here makes it possible to increase the number of facets of the optical device 102 in order to improve the extraction of photons out of the optoelectronic device 100.
  • the optical device 102 is a combination of the structures 106, in particular as described above, with an optical element 105, in particular as described above.
  • the optical device 102 may comprise the optical element 105 and the structures 106, the structures 106 being arranged on the emission face 103 of the light-emitting diode 101, the optical element 105 being arranged on the structures 106.
  • the optical device 102 comprises two parts, one formed by the structures 106, and the other formed by the optical element 105, in particular one of these parts comprises both a first part of the transparent particles 104 and the conversion particles 107 and the other of these parts comprises a second part of the transparent particles 104.
  • the structures 106 here have the advantage of promoting at least the passage of photons generated by the diode light emitting 101 towards the optical element 105, and where appropriate the passage of photons generated by the conversion particles 107 present in the structures 106 towards the optical element 105.
  • the optical element 105 makes it possible in particular to form a beam of photons emitted by the optoelectronic device 100, this beam of photons comprising photons of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 and photons of the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107.
  • the external surface of the optical element 105 delimited by portions of particles (in particular transparent, or transparent and of conversion) also contributes to improving the extraction of photons generated within the optoelectronic device.
  • the optical element 105 comprises the conversion particles 107 and the transparent particles 104 are distributed so that the structures 106 each comprise transparent particles 104 and that the optical element 105 comprises transparent particles 104.
  • the transparent particles 104 are distributed in the structures 106 and in the optical element 105.
  • the structures 106 here comprise only transparent particles 104.
  • Such a distribution conversion particles 107 and transparent particles 104 is advantageous in the sense that the volume of the optical element 105, strictly greater than the volume of each of the structures 106, makes it easier to control, due to this larger volume, the proportion of conversion particles 107 in the optical element 105 in comparison with the case where these particles conversion 107 would be placed in structures 106.
  • the conversion particles 107 are distributed so that the structures 106 each comprise conversion particles 107.
  • the transparent particles 104 are then distributed so that the optical element 105 comprises transparent particles 104 and that the structures 106 comprise transparent particles 104.
  • the transparent particles 104 are distributed in the structures 106 and in the optical element 105.
  • the optical element 105 here comprises only transparent particles 104. This embodiment allows better coupling between the radiation emitted by the light-emitting diode 101 and the particles of conversion 107 contained in the structures formed in contact with the emission face 103: thus the efficiency of the optical device 102 is improved.
  • the structures 106 comprise only the conversion particles 107 and the optical element 105 comprises the transparent particles 104.
  • This embodiment is in particular suitable for producing a efficient conversion.
  • the shape, in particular the so-called “outer shape” of the optical device 102 may be as described above.
  • the optical device 102, in particular the optical element 105 may have the shape of a dome, a pyramid, or a cone.
  • the cohesion of the optical device 102 is ensured by van der Waals links.
  • cohesion of the optical device 102 it is meant that it behaves like a part whose elements (here the particles) are attached to each other by van der Waals links.
  • the transparent particles 104, or the transparent particles 104 and the conversion particles 107 are linked together by van der Waals bonds. More particularly for any pair of particles in contact, a van der Waals bond is formed between these particles of the couple, whether these particles of the couple are two transparent particles 104, two conversion particles 107, or a conversion particle 107 and a particle transparent 104.
  • the optical device 102 consists of transparent particles 104 and of conversion particles 107 in particular linked together by van der Waals links.
  • the advantage of having an optical device 102, the cohesion of which is ensured by van der Waals connections, is that it is not necessary to carry out annealing at a high temperature which risks damaging the light-emitting diode 101 to form this. optical device 102.
  • each of the transparent particles 104 has a size strictly less than l / (2 c n), with n the optical index of the material of the transparent particles 104, and l the emission wavelength of the light-emitting diode 101
  • n the optical index of the material of the transparent particles 104
  • l the emission wavelength of the light-emitting diode 101
  • each of the conversion particles 107 has a size strictly less than l / (2 c ni), with n ⁇ the optical index of the material of the conversion particles 107, and l the emission wavelength of the light emitting diode 101. This improves the absorption, by said conversion particle 107, of photons generated by the light emitting diode 101.
  • the optical device 102 can cooperate with any type of light-emitting diode 101 capable of emitting in the ultraviolet (in particular in UV-C) by one or more emission faces, each emission face then being in contact with the device optics as described which notably includes the light-emitting diode 101.
  • the light-emitting diode may be based on aluminum nitride and gallium.
  • the optical device 102 comprises conversion particles 107
  • the optical device 102 may comprise interstices, in particular filled with air, formed between the particles (in particular transparent and, where appropriate, of conversion) which compose it. These interstices are notably present in the structures 106 and / or in the optical element 105. Preferably, it is sought to limit the presence of these interstices by choosing an appropriate size of the particles to avoid reducing the effective index too much. of the optical device 102. In the case where the optical device 102 comprises the transparent particles 104 and the conversion particles 107, the presence of interstices, in particular filled with air, between the particles, whether they are conversion or transparent, reduces the effective index of the device optical 102 and generate optical scattering to reduce the trapping of the radiation emitted by the conversion particles 107.
  • the invention also relates to a method for manufacturing an optoelectronic device 100, in particular as described.
  • the manufacturing process includes a step of supplying the light-emitting diode 101 (FIG. 6), for example formed on a substrate 108 (also shown in FIGS. 1 to 3 and 7 to 13), in particular a semiconductor substrate 108.
  • This light emitting diode 101 may have been manufactured beforehand by conventional techniques of microelectronics.
  • the manufacturing method comprises a step of forming the optical device 102 comprising a step of depositing a solution 109 (FIGS. 7, 9 and 10) at least above, or on at least, the face of emission 103 of the light-emitting diode 101 supplied for example according to FIG. 6.
  • This solution 109 comprises a solvent (for example water or ethanol) and at least part of the transparent particles 104. Where appropriate, the solution 109 deposited may also include the conversion particles 107.
  • the step of forming the optical device 102 may include a step of evaporating the solvent from the solution 109 deposited to form at least part of the optical device 102.
  • the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited in FIG. 9 makes it possible to obtain the optical device 102 in the form of a dome as shown in FIG. 1.
  • the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited in FIG. 7, after its shaping ( Figure 8), allows to obtain the structures 106 as visible in Figure 2.
  • the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited in Figure 10, after its shaping ( Figure 11), allows to obtain the optical device 102 in the form of a dome as shown in FIG. 1.
  • the step of evaporating the solvent from the solution 109 deposited is preferably carried out at ambient temperature, or at 100 ° C. to limit the evaporation time. More generally, the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited is carried out at a temperature of between 25 ° C and 100 ° C to avoid deterioration of the light-emitting diode 101.
  • solution 109 comprising particles transparent 104, and possibly particles of conversion 107, makes it possible to obtain either the optical device 102 or a part of the latter with an adapted distribution of the particles which it comprises.
  • the solution 109 deposited on the emitting face 103 of the light-emitting diode 101 makes it possible to form the optical device 102 in particular in its entirety.
  • the step of depositing the solution 109 is implemented by depositing a drop of the solution 109 (FIG. 9), in particular on the substrate 108 and on the face 103, the drying of which by evaporation of the solvent it contains makes it possible to obtain the optical device 102 such as for example shown in FIG. 1.
  • the advantage is that the solution 109 deposited directly has a form representative of the desired shape of the optical device 102. If a drop is deposited, its viscosity is adapted so that its drying makes it possible to obtain the optical device 102.
  • the solution 109 deposited (on the emission face 103 in FIG. 7 and on the emission face 103 and the substrate 108 in FIG. 10), for example by centrifugation, will be put in form ( Figures 8 and 11) before evaporating the solvent.
  • the step of forming the optical device 102 may include a step of shaping the solution 109 deposited in order to form the optical device 102.
  • the step of evaporating the solvent from the solution 109 deposited is produced in particular while the shape imparted to solution 109 deposited by the shaping step is maintained throughout the step of evaporation of the solvent from solution 109 deposited. This can be achieved by using a mold 110, 111 for shaping the solution 109 deposited.
  • the relative position of the mold 110, 111 with respect to the light-emitting diode 101 is maintained during the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited as illustrated in FIGS. 8 and 11.
  • This technique is also known by the name of micro-buffering (or nanoimprint).
  • the mold 110 of FIG. 8 makes it possible to form the structures 106
  • the mold 111 of FIG. 11 makes it possible to form a dome as an optical device 102.
  • the mold 110, 111 is removed to obtain the optoelectronic device 100 either of FIG. 2 or of FIG. 1.
  • the solution 109 may include the transparent particles 104, or the transparent particles 104 and the conversion particles 107.
  • the solution 109 deposited on (or above) the emission face 103 of the light-emitting diode 101 makes it possible to form part of the optical device 102. It is then understood that the step for forming the optical device 102 requires additional steps to be finalized.
  • the optical device 102 can be in two parts.
  • the solution 109 deposited (FIGS. 7 and 8) makes it possible to form only a part of the optical device 102 called the first part of the optical device 102.
  • the solution 109 deposited at least above, or the if necessary on or at least on, the emission face 103 is a first solution comprising a first part of the transparent particles 104 of the optical device 102 to be formed.
  • the manufacturing process in particular the step of forming the optical device 102, also includes a step of shaping the first solution 109 deposited (FIG. 8) in order to form the first part of the optical device 102.
  • the step solvent evaporation of the first solution 109 deposited is notably carried out while the shape imparted to the first solution 109 by the shaping step is maintained, for example using a suitable mold 110 (FIG. 8 ). Furthermore, it results from the step of shaping the first solution 109 deposited and from the step of evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited, a formation of the first part of the optical device 102 comprising the structures 106 ( Figure 2) for example as described above, in particular after removal of the mold 110 of Figure 8 after the evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited. In addition, the step of forming the optical device 102 comprises, after evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited:
  • a step of depositing a second solution 112 for example by depositing a drop of this second solution 112, on the structures 106 (FIG. 12) formed on the emission face 103 of the light-emitting diode 101 and in particular on the substrate 108, in order to form a second part of the optical device 102, the second solution 112 comprising a solvent (for example the same as that of the first solution 109) and a second part of the transparent particles 104 of the optical device 102 to be formed,
  • the first solution 109, or the second solution 1 12 comprises the conversion particles 107.
  • the step of evaporation of the solvent of the second solution 1 12 deposited can be carried out at the same temperatures as described in relation to the evaporation of the solvent of the first solution 109 deposited, from which the same advantage results.
  • an advantage is that the second solution 1 12 deposited can directly present a shape representative of the desired shape of the optical device 102 by adapting the viscosity of the second solution 1 12.
  • the second solution 1 12 in the form of a drop
  • a mold 1 1 1 Figure 13
  • an annealing to stabilize the structures 106 arranged on the emission face 103 of the light emitting diode 101 so as to avoid damage to these structures 106 during molding of the second part of the optical device 102.
  • the second solution in the form of a drop, it is possible, after evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited, to deposit a protective layer of solid material, for example aluminum nitride , to seal the structures 106 and protect them before depositing the second solution 1 12 and giving it a desired shape by molding.
  • a protective layer of solid material for example aluminum nitride
  • the first solution is deposited on the structures previously formed using the deposition of the second solution on the emitting face of the light-emitting diode.
  • the second solution includes the conversion particles, and the second solution is devoid of transparent particles which are then all contained in the first solution.
  • the second solution deposited on the emission face is in particular shaped and its solvent evaporated to form the structures.
  • the solvent of the first deposited solution can be evaporated to form the optical element, if necessary while a corresponding mold maintains the shaping of the first solution. deposited in the desired shape of the optical element.
  • the production of the optical device 102 of the optoelectronic device 100 can, if necessary, be implemented without having to carry out a deposition of material according to microelectronic techniques at a high temperature which could have the consequence of degrading the light-emitting diode 101.
  • the step of forming the optical device 102 may include a step of shaping the solution deposited in view of forming at least part of the optical device 102.
  • the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited is carried out for the solution 109 deposited and shaped, that is to say that the the shape given to the solution by the shaping step is maintained throughout the step of evaporation of the solvent from solution 109.
  • optical device 102 could also cover lateral flanks of the light-emitting diode 101.
  • an advantage of the optical device 102 used is to fill trenches delimiting the light-emitting diode and, if necessary, to fill spaces between light-emitting diodes when the optoelectronic device comprises several which can in particular share the same optical device 102. This also makes it possible to facilitate the extraction of photons from the lateral flanks of the light-emitting diode, and if necessary, to allow its conversion at least a part.
  • the light-emitting diode 101 is small compared to the optical element 105 and is located in particular at the center of the base of the optical element 105 which surmounts the light-emitting diode 101 and in particular the substrate 108.
  • the optoelectronic device 100 has an industrial application in the field of manufacturing such an optoelectronic device, as well as in any application requiring ultraviolet lighting.

Abstract

The invention relates to an optoelectronic device (100) comprising a light-emitting diode (101) configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light-emitting diode (101) included in the ultraviolet. The optoelectronic device (100) comprises an optical device (102) configured to extract photons generated by the light-emitting diode (101), said optical device (102) being arranged on an emission face (103) of the light-emitting diode (101), said optical device (102) comprising particles transparent to the emission wavelength of the light-emitting diode (101). The optical device (102) has conversion particles configured to emit, by converting a portion of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode (101), electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the conversion particles included in the ultraviolet and strictly higher than the emission wavelength of the light-emitting diode (101).

Description

DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE A DIODE ELECTROLUMINESCENTE EMETTANT DANS l’ULTRAVIOLET SUR LAQUELLE EST AGENCE UN OPTOELECTRONIC DEVICE WITH LIGHT EMITTING DIODE EMITTING INTO THE ULTRAVIOLET ON WHICH AN AGENCY IS ARRANGED
DISPOSITIF OPTIQUE Domaine technique de l’invention OPTICAL DEVICE Technical field of the invention
Le domaine technique de l’invention concerne celui de l’optoélectronique et plus particulièrement celui des dispositifs optoélectroniques émettant dans l’ultraviolet. Notamment, l’invention concerne un dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente comprise dans l’ultraviolet. The technical field of the invention relates to that of optoelectronics and more particularly that of optoelectronic devices emitting in the ultraviolet. In particular, the invention relates to an optoelectronic device comprising a light emitting diode configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light emitting diode included in the ultraviolet.
Etat de la technique State of the art
Il est connu d’utiliser de la lumière ultraviolette, c’est-à-dire un rayonnement électromagnétique ultraviolet, pour réaliser de la désinfection. Pour cela, il peut être utilisé au moins une diode électroluminescente présentant, lors de son fonctionnement, un spectre d’émission ayant un pic dont la longueur d’onde est comprise dans l’ultraviolet. Bien entendu, pour qu’une telle diode électroluminescente soit efficace, on cherche à améliorer son rendement pour qu’il soit le plus élevé possible, notamment par amélioration de l’extraction de photons que la diode électroluminescente peut générer. It is known to use ultraviolet light, that is to say ultraviolet electromagnetic radiation, to carry out disinfection. For this, it can be used at least one light-emitting diode having, during its operation, an emission spectrum having a peak whose wavelength is included in the ultraviolet. Of course, in order for such a light-emitting diode to be effective, it is sought to improve its efficiency so that it is as high as possible, in particular by improving the extraction of photons that the light-emitting diode can generate.
Pour obtenir une diode électroluminescente à rendement élevé, il est connu de limiter le piégeage des photons dans les couches minces semi-conductrices de la diode électroluminescente par réflexion totale interne. Pour éviter ce phénomène de réflexion totale interne, il est connu une première technique consistant à rendre rugueuse la face, ou surface, d’émission de la diode To obtain a high efficiency light emitting diode, it is known to limit the trapping of photons in the thin semiconductor layers of the light emitting diode by total internal reflection. To avoid this phenomenon of total internal reflection, a first technique is known which consists in roughening the emitting face, or surface, of the diode.
électroluminescente, et une deuxième technique consistant à ajouter un dôme d’indice optique élevé par rapport à l’indice effectif de la diode electroluminescent, and a second technique of adding a dome with a high optical index relative to the effective index of the diode
électroluminescente, par exemple en époxy, sur la face d’émission de la diode électroluminescente. Ces première et deuxième techniques peuvent être utilisées seules ou en combinaison. Cependant, ces première et deuxième techniques ne sont pas adaptées aux diodes électroluminescentes émettant dans l’ultraviolet. Cette inadaptation vient notamment du fait : light-emitting, such as epoxy, on the emitting face of the light-emitting diode. These first and second techniques can be used alone or in combination. However, these first and second techniques are not suitable for light emitting diodes emitting in the ultraviolet. This inadequacy comes in particular from the fact:
- que la structuration pour rendre rugueuse une couche semi-conductrice d’une diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet dégrade les propriétés électriques de cette couche : c’est-à-dire qu’il y a augmentation des - that the structuring to roughen a semiconductor layer of a light emitting diode emitting in the ultraviolet degrades the electrical properties of this layer: that is to say that there is an increase in
recombinaisons non radiatives, et non-radiative recombinations, and
- que l’époxy est fortement absorbant aux longueurs d’onde comprises dans l’ultraviolet. - that the epoxy is highly absorbent at the wavelengths included in the ultraviolet.
Il en résulte l’inconvénient que les première et deuxième techniques This results in the disadvantage that the first and second techniques
susmentionnées ne sont pas adaptées pour être appliquées à une diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet. Il existe donc un besoin de trouver une solution permettant d’améliorer l’extraction de photons générés par une diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet. Le livre « lll-Nitride Ultraviolet Emitters : Technology and Applications » de Michael Kneissl et Jens Rass, Springer Sériés in Materials Science 227 décrit notamment en pages 13 à 15 les problématiques liées à l’extraction de photons d’un dispositif optoélectronique à diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet. above are not suitable for application to an ultraviolet emitting light emitting diode. There is therefore a need to find a solution which makes it possible to improve the extraction of photons generated by a light emitting diode emitting in the ultraviolet. The book "lll-Nitride Ultraviolet Emitters: Technology and Applications" by Michael Kneissl and Jens Rass, Springer Sériés in Materials Science 227 describes in particular on pages 13 to 15 the problems linked to the extraction of photons from an optoelectronic device with light emitting diode emitting in the ultraviolet.
Par ailleurs, il est connu du domaine technique de la désinfection par ultraviolets d’utiliser un rayonnement ultraviolet C (UV-C) combiné à rayonnement ultraviolet A (UV-A) pour améliorer la destruction des bactéries par exemple présentes dans l’air ou dans l’eau. L’UV-C permet de détruire les liaisons de l’ADN (Acide désoxyribonucléique) des bactéries soumises à cet UV-C. On pourrait donc croire que la seule utilisation de l’UV-C serait suffisante pour détruire les bactéries. Cependant, dans la pratique, les processus de réparation de l’ADN peuvent aller jusqu’à contrebalancer l’effet de destruction des liaisons de l’ADN, si bien qu’il peut être nécessaire, pour obtenir l’effet de désinfection recherché, de faire subir des dommages irréversibles aux bactéries. Ainsi, pour obtenir l’effet de désinfection recherché, il est connu de combiner l’effet de l’UV-C à celui de l’UV-A comme le décrit le document « Effect of coupled UV-A and UV-C LEDs on both microbiological and Chemical pollution of urban wastewaters » de A.-C Chevremont et al. publié dans Science of the Total Environment 426 (2012), pages 304 à 310, par l’éditeur Elsevier. Une telle combinaison des effets de l’UV-C et de l’UV-A peut être obtenue en juxtaposant deux diodes électroluminescentes présentant des longueurs d’onde d’émission différentes. Il existe un besoin d’améliorer cette solution qui utilise deux diodes électroluminescentes distinctes. En effet, l’utilisation de deux diodes électroluminescentes pour générer l’UV-A et l’UV-C présente notamment l’inconvénient de nécessiter une alimentation électrique pour chacune des diodes électroluminescentes, compliquant ainsi la mise en œuvre de la désinfection puisque cela nécessite de piloter indépendamment les deux diodes électroluminescentes. Furthermore, it is known in the technical field of ultraviolet disinfection to use ultraviolet C radiation (UV-C) combined with ultraviolet A radiation (UV-A) to improve the destruction of bacteria, for example present in the air or in water. UV-C destroys the DNA (Deoxyribonucleic Acid) bonds of bacteria subjected to this UV-C. One would therefore believe that the mere use of UV-C would be sufficient to destroy the bacteria. However, in practice, DNA repair processes can go so far as to counterbalance the effect of destruction of DNA bonds, so that it may be necessary to obtain the desired disinfection effect, to cause irreversible damage to bacteria. Thus, to obtain the desired disinfection effect, it is known to combine the effect of UV-C with that of UV-A as described in the document “Effect of coupled UV-A and UV-C LEDs on both microbiological and Chemical pollution of urban wastewaters "by A.-C Chevremont et al. published in Science of the Total Environment 426 (2012), pages 304 to 310, by the publisher Elsevier. Such a combination of the effects of UV-C and UV-A can be obtained by juxtaposing two light-emitting diodes having different emission wavelengths. There is a need to improve this solution which uses two separate light emitting diodes. Indeed, the use of two light-emitting diodes to generate the UV-A and the UV-C has in particular the drawback of requiring an electrical supply for each light-emitting diodes, thus complicating the implementation of disinfection since this requires driving the two light-emitting diodes independently.
Il est aussi connu de l’état de la technique la demande de brevet américaine publiée sous le numéro US 2017/0104138 A1 , cette demande de brevet étant relative à un dispositif d’émission de lumière ultraviolette. It is also known from the state of the art the American patent application published under the number US 2017/0104138 A1, this patent application relating to a device for emitting ultraviolet light.
Objet de l’invention Object of the invention
L’invention a pour but de permettre d’améliorer l’extraction de photons générés au sein d’un dispositif optoélectronique, notamment générés par une diode électroluminescente à longueur d’onde d’émission comprise dans l’ultraviolet. Notamment, l’invention cherche à améliorer la désinfection en utilisant une diode électroluminescente émettant dans l’ultraviolet. The purpose of the invention is to improve the extraction of photons generated within an optoelectronic device, in particular generated by a light emitting diode with an emission wavelength included in the ultraviolet. In particular, the invention seeks to improve disinfection by using a light emitting diode emitting in the ultraviolet.
A cet effet, l’invention est relative à un dispositif optoélectronique comportant une diode électroluminescente configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente comprise dans l’ultraviolet, ce dispositif optoélectronique étant caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif optique configuré pour extraire des photons générés par la diode électroluminescente, ledit dispositif optique étant agencé sur une face d’émission de la diode électroluminescente, ledit dispositif optique comportant des particules transparentes à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente, de préférence lesdites particules transparentes sont en un matériau semi-conducteur. To this end, the invention relates to an optoelectronic device comprising a light emitting diode configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light emitting diode included in the ultraviolet, this optoelectronic device being characterized in that it comprises an optical device configured to extract photons generated by the light-emitting diode, said optical device being arranged on an emitting face of the light-emitting diode, said optical device comprising particles transparent to the emission wavelength of the light emitting diode, preferably said transparent particles are made of a semiconductor material.
Un tel dispositif optoélectronique permet de tendre vers le but recherché dans le sens où son dispositif optique est, au moins en partie, transparent au rayonnement ultraviolet émis par la diode électroluminescente, et dans le sens où les particules transparentes permettent de conférer la forme souhaitée au dispositif optique, par exemple pour former une surface d’aspect rugueux, ou encore pour former un élément optique d’extraction de photons et de mise en forme d’un faisceau de photons à émettre par le dispositif optoélectronique. Un autre avantage des particules transparentes est qu’elles peuvent servir, comme il le sera vu par la suite, de matrice dans laquelle sont dispersées des particules dites de conversion permettant de convertir une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente lors de son fonctionnement. Encore un autre avantage des particules transparentes est que la cohésion du dispositif optique peut être maintenue par des forces de van der Waals mises, par exemple, en œuvre entre particules qu’elles soient transparentes ou non : la fabrication d’un tel dispositif optoélectronique peut donc être mise en œuvre sans avoir besoin d’un recuit qui pourrait endommager les couches présentes au sein de la diode électroluminescente, le dispositif optoélectronique peut ainsi présenter une efficacité d’extraction de photons satisfaisante. Such an optoelectronic device makes it possible to aim towards the desired goal in the sense that its optical device is, at least in part, transparent to the ultraviolet radiation emitted by the light-emitting diode, and in the sense that the transparent particles make it possible to give the desired shape to the optical device, for example to form a rough-looking surface, or even to form an optical element for extracting photons and shaping a beam of photons to be emitted by the optoelectronic device. Another advantage of transparent particles is that they can serve, as will be seen hereinafter, as a matrix in which so-called conversion particles are dispersed, making it possible to convert part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode during its operation. . Yet another benefit transparent particles is that the cohesion of the optical device can be maintained by van der Waals forces implemented, for example, between particles whether transparent or not: the manufacture of such an optoelectronic device can therefore be brought into play work without the need for annealing which could damage the layers present within the light-emitting diode, the optoelectronic device can thus have a satisfactory photon extraction efficiency.
Le dispositif optoélectronique peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : The optoelectronic device can also include one or more of the following characteristics:
- le dispositif optique comporte des particules de conversion configurées de sorte à émettre, par conversion d’une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente, un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission des particules de conversion comprise dans l’ultraviolet et strictement supérieure à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente ; the optical device comprises conversion particles configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode, electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the conversion particles included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode;
- la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente est choisie dans l’ultraviolet C, et la longueur d’onde d’émission des particules de conversion est choisie dans l’ultraviolet A ; the emission wavelength of the light-emitting diode is chosen in the ultraviolet C, and the emission wavelength of the conversion particles is chosen in the ultraviolet A;
- le dispositif optique a la forme d’un dôme, d’un cône ou d’une pyramide ; - the optical device has the shape of a dome, a cone or a pyramid;
- le dispositif optique comporte une pluralité de structures, ces structures étant agencées sur la face d’émission de la diode électroluminescente, chacune des structures comportant une partie des particules transparentes ; - The optical device comprises a plurality of structures, these structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, each of the structures comprising a part of the transparent particles;
- les structures comportent chacune une partie des particules de conversion ; the structures each comprise a part of the conversion particles;
- le dispositif optique comporte un élément optique et des structures, les - the optical device comprises an optical element and structures, the
structures étant agencées sur la face d’émission de la diode électroluminescente, l’élément optique étant agencé sur les structures, l’élément optique comporte les particules de conversion, les particules transparentes étant réparties de telle sorte que : les structures comportent chacune des particules transparentes, et l’élément optique comporte des particules transparentes ; structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, the optical element being arranged on the structures, the optical element comprises the conversion particles, the transparent particles being distributed so that: the structures each comprise particles transparent, and the optical element comprises transparent particles;
- le dispositif optique comporte un élément optique et des structures, les - the optical device comprises an optical element and structures, the
structures étant agencées sur la face d’émission de la diode électroluminescente, l’élément optique étant agencé sur les structures, et les particules de conversion sont réparties de sorte que les structures comportent chacune des particules de conversion, les particules transparentes étant réparties de sorte que l’élément optique comporte des particules transparentes et que les structures comportent des particules transparentes ; structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, the optical element being arranged on the structures, and the conversion particles are distributed so that the structures each comprise conversion particles, the transparent particles being distributed so that the element optics has transparent particles and the structures have transparent particles;
- le dispositif optique comporte un élément optique et des structures, les structures étant agencées sur la face d’émission de la diode électroluminescente, l’élément optique étant agencé sur les structures, les structures comportant uniquement les particules de conversion et l’élément optique comportant les particules transparentes ; the optical device comprises an optical element and structures, the structures being arranged on the emitting face of the light-emitting diode, the optical element being arranged on the structures, the structures comprising only the conversion particles and the optical element comprising the transparent particles;
- les particules transparentes sont chacune en nitrure d’aluminium ; - the transparent particles are each made of aluminum nitride;
- les particules de conversion sont chacune en nitrure de gallium ; the conversion particles are each made of gallium nitride;
- chacune des particules transparentes présente une taille strictement inférieure à l/( 2 x n), avec n l’indice optique du matériau des particules transparentes, et l la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente ; - Each of the transparent particles has a size strictly less than l / (2 x n), with n the optical index of the material of the transparent particles, and l the emission wavelength of the light emitting diode;
- chacune des particules de conversion présente une taille strictement inférieure à l/( 2 x ni), avec m l’indice optique du matériau des particules de conversion, et l la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente ; - Each of the conversion particles has a size strictly less than l / (2 x ni), with m the optical index of the material of the conversion particles, and l the emission wavelength of the light-emitting diode;
- la cohésion du dispositif optique est assurée par des liaisons van der Waals. - the cohesion of the optical device is ensured by van der Waals links.
L’invention est aussi relative à un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique, notamment tel que décrit. Un tel procédé de fabrication comporte une étape de fourniture de la diode électroluminescente et une étape de formation du dispositif optique. L’étape de formation du dispositif optique comporte une étape de dépôt d’une solution au moins au-dessus de la face d’émission de la diode électroluminescente, ladite solution comportant un solvant et au moins une partie des particules transparentes. L’étape de formation du dispositif optique comporte une étape d’évaporation du solvant de la solution déposée pour former au moins une partie du dispositif optique. The invention also relates to a method for manufacturing an optoelectronic device, in particular as described. Such a manufacturing method includes a step of supplying the light-emitting diode and a step of forming the optical device. The step of forming the optical device comprises a step of depositing a solution at least above the emitting face of the light-emitting diode, said solution comprising a solvent and at least part of the transparent particles. The step of forming the optical device includes a step of evaporating the solvent from the deposited solution to form at least part of the optical device.
Selon une réalisation particulière du procédé de fabrication, la solution déposée au moins au-dessus de la face d’émission est une première solution comportant une première partie des particules transparentes du dispositif optique à former. L’étape de formation du dispositif optique comporte une étape de mise en forme de la première solution déposée. Il résulte de l’étape de mise en forme de la première solution déposée et de l’étape d’évaporation du solvant de la première solution déposée, une formation d’une première partie du dispositif optique comportant des structures. L’étape de formation du dispositif optique comporte une étape de dépôt d’une deuxième solution sur les structures en vue de former une deuxième partie du dispositif optique, la deuxième solution comportant un solvant et une deuxième partie des particules transparentes du dispositif optique à former. L’étape de formation du dispositif optique comporte une étape d’évaporation du solvant de la deuxième solution déposée pour former la deuxième partie du dispositif optique. Selon cette réalisation particulière, la première solution, ou la deuxième solution, comporte des particules de conversion configurées de sorte à émettre, par conversion d’une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente, un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission des particules de conversion comprise dans l’ultraviolet et strictement supérieure à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente. Description sommaire des dessins According to a particular embodiment of the manufacturing process, the solution deposited at least above the emission face is a first solution comprising a first part of the transparent particles of the optical device to be formed. The step of forming the optical device includes a step of shaping the first solution deposited. It results from the step of shaping the first deposited solution and from the step of evaporation of the solvent from the first deposited solution, a formation of a first part of the optical device. with structures. The step of forming the optical device comprises a step of depositing a second solution on the structures in order to form a second part of the optical device, the second solution comprising a solvent and a second part of the transparent particles of the optical device to be formed. . The step of forming the optical device includes a step of evaporating the solvent from the second solution deposited to form the second part of the optical device. According to this particular embodiment, the first solution, or the second solution, comprises conversion particles configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode, electromagnetic radiation according to a wavelength d emission of the conversion particles included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode. Brief description of the drawings
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés et listés ci-dessous. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows, given solely by way of nonlimiting example and made with reference to the appended drawings and listed below.
La figure 1 illustre une vue en coupe transversale d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation particulier de l’invention. FIG. 1 illustrates a cross-sectional view of an optoelectronic device according to a particular embodiment of the invention.
La figure 2 illustre une vue en coupe transversale du dispositif optoélectronique selon un autre mode de réalisation particulier de l’invention. FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of the optoelectronic device according to another particular embodiment of the invention.
La figure 3 illustre une vue en coupe transversale du dispositif optoélectronique selon encore un autre mode de réalisation particulier de l’invention. Figure 3 illustrates a cross-sectional view of the optoelectronic device according to yet another particular embodiment of the invention.
La figure 4 illustre, vue en coupe, une portion d’un dispositif optique du dispositif optoélectronique montrant que, selon une réalisation, ce dernier comporte un assemblage de particules transparentes. FIG. 4 illustrates, in section view, a portion of an optical device of the optoelectronic device showing that, according to one embodiment, the latter comprises an assembly of transparent particles.
La figure 5 illustre, vue en coupe, une portion du dispositif optique du dispositif optoélectronique montrant que, selon une réalisation, ce dernier comporte un assemblage de particules transparentes et de particules de conversion. FIG. 5 illustrates, in section view, a portion of the optical device of the optoelectronic device showing that, according to one embodiment, the latter comprises an assembly of transparent particles and conversion particles.
La figure 6 illustre une étape d’un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique. La figure 7 illustre une étape du procédé de fabrication réalisée en vue de former des structures du dispositif optique. FIG. 6 illustrates a step in a method of manufacturing the optoelectronic device. FIG. 7 illustrates a step in the manufacturing process carried out with a view to forming structures of the optical device.
La figure 8 illustre une étape du procédé de fabrication permettant de former les structures du dispositif optique après l’étape représentée en figure 7. FIG. 8 illustrates a step in the manufacturing process enabling the structures of the optical device to be formed after the step shown in FIG. 7.
La figure 9 illustre une étape du procédé de fabrication réalisée en vue de former le dispositif optoélectronique représenté en figure 1. FIG. 9 illustrates a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device shown in FIG. 1.
La figure 10 illustre, selon une alternative à la figure 9, une étape du procédé de fabrication réalisée en vue de former le dispositif optoélectronique représenté en figure 1. FIG. 10 illustrates, according to an alternative to FIG. 9, a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device represented in FIG. 1.
La figure 11 illustre une étape du procédé de fabrication mise en œuvre après celle représentée en figure 10. FIG. 11 illustrates a step in the manufacturing process implemented after that shown in FIG. 10.
La figure 12 illustre une étape du procédé de fabrication réalisée en vue de former le dispositif optoélectronique représenté en figure 3. FIG. 12 illustrates a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device shown in FIG. 3.
La figure 13 illustre, selon une alternative à la figure 12, une étape du procédé de fabrication réalisée en vue de former le dispositif optoélectronique représenté en figure 3. FIG. 13 illustrates, according to an alternative to FIG. 12, a step in the manufacturing process carried out with a view to forming the optoelectronic device represented in FIG. 3.
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. In these figures, the same references are used to designate the same elements.
Par ailleurs, les éléments représentés sur les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle pour faciliter la compréhension de ces figures. Furthermore, the elements shown in the figures are not necessarily to scale to facilitate the understanding of these figures.
Description détaillée detailed description
Dans la présente description, lorsqu’il est évoqué « un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde », on entend que cette longueur d’onde est celle du pic du spectre d’émission de ce rayonnement électromagnétique. Le pic du spectre d’émission correspond donc à une valeur de longueur d’onde à laquelle est émise la plus importante partie du rayonnement électromagnétique concerné. Par ailleurs, lorsque l’on parle « d’une longueur d’onde d’émission » d’un système émissif comme une diode électroluminescente, ou des particules de conversion, il s’agit d’une longueur d’onde à laquelle un rayonnement électromagnétique peut être émis par ce système émissif. Ce rayonnement électromagnétique présente, lorsqu’il est émis par le système émissif, une longueur d’onde égale à la longueur d’onde d’émission. Comme illustré à titre d’exemple en figures 1 à 3, l’invention est relative à un dispositif optoélectronique 100 comportant une diode électroluminescente 101 configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101 comprise dans l’ultraviolet, de préférence comprise entre 100 nm et 400 nm. Par ailleurs, le dispositif optoélectronique 100 comporte un dispositif optique 102 d’extraction de photons générés par la diode électroluminescente 101 , autrement dit le dispositif optique 102 est configuré pour extraire des photons générés par la diode électroluminescente 101 de manière efficace. Le cas échéant, comme cela sera décrit par la suite, le dispositif optique 102 peut aussi assurer une conversion de fréquence pour permettre la génération d’un rayonnement de plus basse fréquence optique que le rayonnement émis par la diode électroluminescente 101. Ce dispositif optique 102 est agencé sur une face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101. Plus précisément, le dispositif optique 102 est en contact avec la face d’émission 103 pour assurer l’extraction de photons générés par la diode électroluminescente 101 lors de son fonctionnement. La face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 , aussi appelée face émissive, correspond notamment à une face par laquelle il est souhaité le passage d’une majorité des photons s’échappant de la diode électroluminescente 101 et générés par la diode électroluminescente 101 , notamment dans une région active de cette dernière, lors de son fonctionnement. Le dispositif optique 102 est donc configuré pour exacerber l’extraction de photons générés par la diode électroluminescente 101 lors de son fonctionnement. Le dispositif optique 102 peut aussi permettre, le cas échéant, de coopérer avec la diode électroluminescente 101 pour mettre en forme un faisceau de photons avec ou sans conversion de ces photons comme cela sera vu par la suite. Le dispositif optique 102 comporte en outre des particules transparentes 104 (figures 4 et 5) au rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 , ces particules transparentes 104 participent notamment à l’amélioration de l’extraction de photons générés par la diode électroluminescente vers l’extérieur du dispositif optoélectronique 100. Par « particules transparentes 104 au rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 », il est notamment entendu que ces particules transparentes 104 sont transparentes à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101. Cette transparence des particules transparentes 104 est nécessaire pour permettre à au moins une partie des photons générés par la diode électroluminescente 101 de traverser le dispositif optique 102 contrairement à l’époxy de l’art antérieur qui n’est pas transparent aux ultraviolets. Les particules transparentes 104 sont en un matériau transparent comme, par exemple, un matériau semi-conducteur en particulier d’énergie de bande interdite strictement supérieure à l’énergie des photons émis par la diode électroluminescente 101. De telles particules transparentes 104 présentent l’avantage d’améliorer l’extraction de photons du rayonnement électromagnétique, de type ultraviolet, émis par la diode électroluminescente 101 , sans notamment avoir à former de couche massive (« bulk layer » en langue anglais) en ce matériau dont le dépôt et l’éventuelle structuration seraient susceptibles d’endommager la diode électroluminescente 101 qui pourrait alors présenter un rendement dégradé. Par ailleurs, l’utilisation de particules transparentes 104 permet de structurer le dispositif optique 102 de manière adaptée sans nécessiter d’étapes technologiques réalisées à une température strictement supérieure à 200°C qui pourraient endommager la diode électroluminescente 101 : il en résulte que le dispositif optoélectronique 100 présente un bon rendement. Les particules transparentes 104 peuvent être utilisées pour former, par exemple, au moins en partie un élément optique 105 (figures 1 et 3), par exemple se présentant sous la forme d’un dôme, sur la diode électroluminescente 101 et/ou au moins en partie des structures 106 (figures 2 et 3) sur la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101. En figure 1 , l’élément optique 105 constitue le dispositif optique 102. En figure 2, les structures 106 constituent le dispositif optique 102. En figure 3, le dispositif optique 102 comporte les structures 106 et l’élément optique 105. Cet élément optique 105 et/ou ces structures 106 permettent d’éviter aux photons générés au sein du dispositif optoélectronique 100 de se réfléchir vers l’intérieur de la diode électroluminescente 101. Pour éviter cette réflexion interne, les particules transparentes 104 au contact ée la diode électroluminescente 101 sont notamment en un matériau d’indice optique supérieur ou égal à l’indice effectif de la diode électroluminescente 101. En particulier, le dispositif optique 102 comporte une surface extérieure adaptée pour éviter à un photon de se retrouver en condition de réflexion totale. Par exemple, la forme de dôme de l’élément optique 105 permet à un photon, quel que soit son incidence, de rencontrer un dioptre quasiment normal à sa direction de propagation pour éviter sa réflexion interne au sein de l’élément optique 105. L’élément optique 105 est aussi préférentiellement configuré pour mettre en forme un faisceau à émettre par le dispositif optoélectronique 100, ce faisceau comportant des photons générés par le dispositif optoélectronique 100 par exemple par la diode électroluminescente 101 , ou par la diode électroluminescente 101 et dans le dispositif optique 102. In the present description, when reference is made to “electromagnetic radiation at a wavelength”, it is understood that this wavelength is that of the peak of the emission spectrum of this electromagnetic radiation. The peak of the emission spectrum therefore corresponds to a wavelength value at which most of the electromagnetic radiation concerned is emitted. Furthermore, when we speak of an “emission wavelength” of an emissive system such as a light-emitting diode, or of conversion particles, it is a wavelength at which a electromagnetic radiation can be emitted by this emissive system. This electromagnetic radiation has, when emitted by the emissive system, a wavelength equal to the emission wavelength. As illustrated by way of example in FIGS. 1 to 3, the invention relates to an optoelectronic device 100 comprising a light-emitting diode 101 configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light-emitting diode 101 included in ultraviolet, preferably between 100 nm and 400 nm. Furthermore, the optoelectronic device 100 includes an optical device 102 for extracting photons generated by the light-emitting diode 101, in other words the optical device 102 is configured to extract photons generated by the light-emitting diode 101 effectively. Where appropriate, as will be described later, the optical device 102 can also provide frequency conversion to allow the generation of radiation of lower optical frequency than the radiation emitted by the light emitting diode 101. This optical device 102 is arranged on an emitting face 103 of the light-emitting diode 101. More specifically, the optical device 102 is in contact with the emitting face 103 to ensure the extraction of photons generated by the light-emitting diode 101 during its operation. The emission face 103 of the light-emitting diode 101, also called the emissive face, corresponds in particular to a face by which it is desired for the passage of a majority of the photons escaping from the light-emitting diode 101 and generated by the light-emitting diode 101 , especially in an active region of the latter, during its operation. The optical device 102 is therefore configured to exacerbate the extraction of photons generated by the light-emitting diode 101 during its operation. The optical device 102 can also make it possible, if necessary, to cooperate with the light-emitting diode 101 to form a beam of photons with or without conversion of these photons as will be seen below. The optical device 102 further comprises transparent particles 104 (FIGS. 4 and 5) to the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, these transparent particles 104 participate in particular in improving the extraction of photons generated by the light-emitting diode towards the exterior of the optoelectronic device 100. By “particles transparent to electromagnetic radiation 104 emitted by the light-emitting diode 101”, it is understood in particular that these transparent particles 104 are transparent at the emission wavelength of the light-emitting diode 101. This transparency of transparent particles 104 is necessary to allow at least part of the photons generated by the light-emitting diode 101 to pass through the optical device 102 unlike the epoxy of the prior art which is not transparent to ultraviolet. The transparent particles 104 are made of a transparent material such as, for example, a semiconductor material in particular of band gap energy strictly greater than the energy of the photons emitted by the light-emitting diode 101. Such transparent particles 104 exhibit the advantage of improving the extraction of photons of electromagnetic radiation, of the ultraviolet type, emitted by the light-emitting diode 101, without in particular having to form a massive layer (“bulk layer” in English) in this material, the deposition and possible structuring would be likely to damage the light-emitting diode 101 which could then have a degraded yield. Furthermore, the use of transparent particles 104 makes it possible to structure the optical device 102 in an appropriate manner without requiring technological steps carried out at a temperature strictly above 200 ° C. which could damage the light-emitting diode 101: it follows that the device optoelectronics 100 has good performance. The transparent particles 104 can be used to form, for example, at least in part an optical element 105 (FIGS. 1 and 3), for example being in the form of a dome, on the light-emitting diode 101 and / or at least partly of the structures 106 (FIGS. 2 and 3) on the emission face 103 of the light-emitting diode 101. In FIG. 1, the optical element 105 constitutes the optical device 102. In FIG. 2, the structures 106 constitute the optical device 102. In FIG. 3, the optical device 102 comprises the structures 106 and the optical element 105. This optical element 105 and / or these structures 106 make it possible to avoid the photons generated within the optoelectronic device 100 from being reflected towards the inside the light-emitting diode 101. To avoid this internal reflection, the transparent particles 104 in contact with the light-emitting diode 101 are in particular made of a material with an optical index greater than or equal to the effective index of l a light emitting diode 101. In particular, the optical device 102 has an outer surface adapted to prevent a photon from finding itself in total reflection condition. For example, the dome shape of the optical element 105 allows a photon, whatever its incidence, to meet a diopter almost normal to its direction of propagation to avoid its internal reflection within the element optical 105. The optical element 105 is also preferably configured to form a beam to be emitted by the optoelectronic device 100, this beam comprising photons generated by the optoelectronic device 100 for example by the light-emitting diode 101, or by the light-emitting diode 101 and in the optical device 102.
Pour permettre la transparence recherchée, le matériau semi-conducteur formant les particules transparentes 104 peut être tel qu’il présente un gap, aussi appelé bande interdite dans le domaine de la microélectronique, strictement supérieur à l’énergie des photons du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101. Cette énergie des photons émis/générés par la diode électroluminescente 101 est celle des photons ultraviolets. L’avantage d’utiliser un matériau semi-conducteur permet, selon son choix, de laisser passer des photons générés par la diode électroluminescente 101. Ainsi, le matériau semi- conducteur des particules transparentes 104 présente l’avantage d’assurer la transparence recherchée à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101. Par ailleurs, un avantage d’utiliser des particules transparentes 104 en matériau semi-conducteur est que de telles particules peuvent être déposées lors de la fabrication du dispositif optoélectronique 100 selon des méthodes simples à mettre en œuvre comme par exemple la centrifugation ou le dépôt d’une goutte : en ce sens, le dispositif optoélectronique To allow the desired transparency, the semiconductor material forming the transparent particles 104 may be such that it has a gap, also called a band gap in the field of microelectronics, strictly greater than the energy of the photons of the electromagnetic radiation emitted by the light emitting diode 101. This energy of the photons emitted / generated by the light emitting diode 101 is that of the ultraviolet photons. The advantage of using a semiconductor material allows, as desired, to pass photons generated by the light emitting diode 101. Thus, the semiconductor material of transparent particles 104 has the advantage of ensuring the desired transparency at the emission wavelength of the light-emitting diode 101. Furthermore, an advantage of using transparent particles 104 of semiconductor material is that such particles can be deposited during the manufacture of the optoelectronic device 100 according to simple methods to implement, such as centrifugation or depositing a drop: in this sense, the optoelectronic device
100 décrit peut aisément être fabriqué, notamment sans présenter l’inconvénient de dégrader la diode électroluminescente 101 lors de la formation du dispositif optique 102. 100 described can easily be manufactured, in particular without having the drawback of degrading the light-emitting diode 101 during the formation of the optical device 102.
Par ailleurs, le matériau, notamment semi-conducteur, des particules transparentes 104 présente préférentiellement un indice optique (aussi appelé indice de réfraction) supérieur ou égal à l’indice effectif de la diode électroluminescente 101 pour améliorer l’extraction des photons générés par la diode électroluminescente 101. L’indice effectif de la diode électroluminescente correspond à l’indice optique que voit le mode optique se propageant dans la diode électroluminescente 101 : ainsi, l’indice effectif de la diode électroluminescente 101 est compris entre le plus petit et le plus grand des indices optiques des couches semi-conductrices de la diode électroluminescente 101. Par ailleurs, en considérant que le dispositif optique 102 présente un indice effectif correspondant à l’indice optique que voit le mode optique se propageant dans le dispositif optique 102 (compris notamment entre le plus grand et le petit des indices optiques de ce qui compose le dispositif optique 102), cet indice effectif du dispositif optique 102 est notamment supérieur ou égal à l’indice effectif de la diode électroluminescente 101 afin d’assurer une extraction convenable de photons générés par la diode électroluminescente 101. Furthermore, the material, in particular semiconductor, of the transparent particles 104 preferably has an optical index (also called the refractive index) greater than or equal to the effective index of the light-emitting diode 101 to improve the extraction of the photons generated by the light emitting diode 101. The effective index of the light emitting diode corresponds to the optical index seen by the optical mode propagating in the light emitting diode 101: thus, the effective index of the light emitting diode 101 is between the smallest and the greater of the optical indices of the semiconductor layers of the light-emitting diode 101. Furthermore, considering that the optical device 102 has an effective index corresponding to the optical index seen by the optical mode propagating in the optical device 102 (included in particular between the largest and the smallest of the optical indices of what makes up the optical device 102), this effective index of the optical device 102 is notably greater than or equal to the effective index of the light-emitting diode 101 in order to ensure a suitable extraction of photons generated by the light-emitting diode 101.
Selon une réalisation particulière, les particules transparentes 104 comportent chacune du nitrure d’aluminium (par exemple AIN), et sont préférentiellement chacune en nitrure d’aluminium. Chaque particule transparente 104 peut présenter une taille de 5 nm, et peut présenter une densité de 3,26 g/cm3. Ces caractéristiques des particules transparentes 104, prises isolément ou en combinaison, sont tout particulièrement adaptées dans le cadre du dispositif optique 102 tel que décrit, notamment pour conformer le dispositif optique 102 selon toute forme adaptée. Le nitrure d’aluminium est tout particulièrement adapté lorsque la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101 est dans l’ultraviolet, notamment comprise dans l’UV-C (ultraviolet C), mais également dans l’ultraviolet B (UV-B) ou dans l’ultraviolet A (UV-A). Alternativement, les particules transparentes 104 peuvent comporter du, ou être en, oxyde d’aluminium (par exemple de formule AI2O3), cependant le nitrure d’aluminium est préféré car son indice optique est plus élevé que celui de l’oxyde d’aluminium. According to a particular embodiment, the transparent particles 104 each comprise aluminum nitride (for example AIN), and are preferably each each made of aluminum nitride. Each transparent particle 104 can have a size of 5 nm, and can have a density of 3.26 g / cm 3 . These characteristics of the transparent particles 104, taken individually or in combination, are very particularly suitable in the context of the optical device 102 as described, in particular for conforming the optical device 102 according to any suitable form. Aluminum nitride is particularly suitable when the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is in the ultraviolet, in particular included in UV-C (ultraviolet C), but also in ultraviolet B ( UV-B) or in ultraviolet A (UV-A). Alternatively, the transparent particles 104 may contain, or be made of, aluminum oxide (for example of formula AI 2 O3), however aluminum nitride is preferred because its optical index is higher than that of the oxide of 'aluminum.
Les particules transparentes 104 peuvent participer à former directement le dispositif optique 102 ou une partie de ce dernier dont la rugosité (par exemple d’amplitude strictement supérieure à 1/10 de la longueur d’onde du rayonnement émis dans la diode électroluminescente 101 ) permet d’exacerber l’extraction de photons tout en évitant de mettre en œuvre une modification de la surface d’une couche semi-conductrice de la diode électroluminescente 101 ultérieurement à son dépôt qui aurait pour conséquence de dégrader ses propriétés électriques. The transparent particles 104 can participate in directly forming the optical device 102 or a part of the latter whose roughness (for example of amplitude strictly greater than 1/10 of the wavelength of the radiation emitted in the light-emitting diode 101) allows to exacerbate the extraction of photons while avoiding implementing a modification of the surface of a semiconductor layer of the light-emitting diode 101 after its deposition which would have the consequence of degrading its electrical properties.
Il a été évoqué dans la partie relative à l’état de la technique que, pour une application de désinfection cherchant à détruire des bactéries, il pouvait être avantageux d’émettre des rayonnements ultraviolets selon deux longueurs d’onde différentes. Il existe donc un besoin de trouver une solution permettant une telle émission. Pour répondre à ce besoin, il pourrait être envisagé de coupler une diode UV-A et une diode UV-C comme l’enseigne le document « Effect of coupled UV-A and UV-C LEDs on both microbiological and Chemical pollution of urban wastewaters » de A.-C Chevremont et al. publié par l’éditeur Elsevier dans Science of the Total Environment 426 (2012) pages 304 à 310. Cependant, une telle solution nécessite la présence de deux diodes électroluminescentes distinctes, donc de deux systèmes d’alimentation électrique de ces diodes électroluminescentes. Pour éviter d’avoir recours à deux diodes distinctes pour réaliser l’émission d’UV-A et d’UV-C, une solution préférée est d’intégrer au dispositif optique 102 des particules de conversion 107 (visibles en figure 5). Ainsi, le dispositif optique 102 peut comporter des particules de conversion 107 configurées de sorte à émettre, par conversion d’une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 , un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission des particules de conversion 107 comprise dans l’ultraviolet et strictement supérieure à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101. Autrement dit, le rayonnement électromagnétique émis par les particules de conversion 107 lors du fonctionnement de la diode électroluminescente 101 présente une longueur d’onde comprise dans l’ultraviolet et strictement supérieure à la longueur d’onde du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101. Ainsi, il est possible de convertir une partie des photons émis par la diode électroluminescente 101 lors de son fonctionnement. L’utilisation de particules de conversion 107 permet de n’utiliser qu’une seule diode électroluminescente 101 qui, en association avec le dispositif optique 102, permet au dispositif optoélectronique 100 d’émettre deux rayonnements électromagnétiques à pics d’émission distincts. Ainsi, le faisceau émis par le dispositif optoélectronique 100 peut comporter des photons de deux rayonnements électromagnétiques présentant des longueurs d’ondes différentes. It has been mentioned in the section relating to the state of the art that, for a disinfection application seeking to destroy bacteria, it could be advantageous to emit ultraviolet radiation at two different wavelengths. There is therefore a need to find a solution allowing such a broadcast. To meet this need, it could be envisaged to couple a UV-A diode and a UV-C diode as taught in the document "Effect of coupled UV-A and UV-C LEDs on both microbiological and Chemical pollution of urban wastewaters By A.-C Chevremont et al. published by the publisher Elsevier in Science of the Total Environment 426 (2012) pages 304 to 310. However, such a solution requires the presence of two distinct light-emitting diodes, and therefore of two power supply systems for these light-emitting diodes. To avoid having to use two separate diodes to carry out the emission of UV-A and UV-C, a preferred solution is to integrate into the optical device 102 conversion particles 107 (visible in FIG. 5). Thus, the optical device 102 can comprise conversion particles 107 configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the particles of conversion 107 included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode 101. In other words, the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107 during the operation of the light-emitting diode 101 has a length d wave included in the ultraviolet and strictly greater than the wavelength of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101. Thus, it is possible to convert part of the photons emitted by the light-emitting diode 101 during its operation. The use of conversion particles 107 makes it possible to use only a single light-emitting diode 101 which, in association with the optical device 102, allows the optoelectronic device 100 to emit two electromagnetic radiation with distinct emission peaks. Thus, the beam emitted by the optoelectronic device 100 can comprise photons of two electromagnetic radiations having different wavelengths.
De préférence, la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101 est choisie dans l’UV-C, et la longueur d’onde d’émission des particules de conversion 107 est choisie dans l’UV-A. Ainsi, il est possible, d’une part, de détruire des liaisons d’ADN (effet de l’UV-C) des bactéries, et d’autre part de détruire la membrane des cellules des bactéries contenant l’ADN à détruire (effet de l’UV-A) pour éviter à l’ADN de se reconstruire. De préférence, pour réaliser cette double destruction, la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101 est comprise entre 230 nm et 300 nm, notamment la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101 est égale à 265 nm. De préférence, pour réaliser cette double destruction, la longueur d’onde d’émission des particules de conversion 107 est comprise entre 300nm et 400 nm, notamment la longueur d’onde d’émission des particules de conversion 107 est égale à 365 nm. Preferably, the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is chosen in the UV-C, and the emission wavelength of the conversion particles 107 is chosen in the UV-A. Thus, it is possible, on the one hand, to destroy DNA bonds (UV-C effect) of bacteria, and on the other hand to destroy the membrane of the cells of bacteria containing the DNA to be destroyed ( UV-A effect) to prevent DNA from rebuilding. Preferably, to achieve this double destruction, the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is between 230 nm and 300 nm, in particular the emission wavelength of the light-emitting diode 101 is equal to 265 nm . Preferably, to achieve this double destruction, the emission wavelength of the conversion particles 107 is between 300 nm and 400 nm, in particular the emission wavelength of the conversion particles 107 is equal to 365 nm.
Les particules de conversion 107 permettent notamment, par pompage optique, une conversion vers une longueur d’onde strictement supérieure à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101 lorsqu’elles reçoivent le rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101. Ainsi, un tel dispositif optoélectronique 100 présente l’avantage de former deux sources aptes à émettre respectivement deux rayonnements électromagnétiques de longueurs d’onde différentes grâce à une seule alimentation électrique alimentant la diode électroluminescente 101. La diode électroluminescente 101 forme l’une de ces deux sources et les particules de conversion 107 forment l’autre de ces deux sources. Les flux de photons issus des deux rayonnements électromagnétiques peuvent être calibrés en fonction du type de diode électroluminescente 101 utilisée, et de la composition en particules transparentes 104 et en particules de conversion 107 du dispositif optique 102. The conversion particles 107 allow in particular, by optical pumping, a conversion to a wavelength strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode 101 when they receive the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101. Thus, such an optoelectronic device 100 has the advantage of forming two sources capable of respectively emitting two electromagnetic radiation of different wavelengths by means of a single power supply supplying the light-emitting diode 101. The light-emitting diode 101 forms one of these two sources and the conversion particles 107 form the other of these two sources. The photon fluxes from the two electromagnetic radiations can be calibrated as a function of the type of light-emitting diode 101 used, and of the composition of transparent particles 104 and conversion particles 107 of the optical device 102.
Les particules de conversion 107 peuvent comporter chacune du, ou sont chacune en, nitrure de gallium (par exemple de formule GaN). De telles particules de conversion 107 sont tout particulièrement adaptées pour émettre un rayonnement ultraviolet de longueur d’onde plus élevée que celle du rayonnement ultraviolet ayant excité lesdites particules de conversion 107 comme le décrit le document « Simple synthesis of GaN nanoparticles from gallium nitrate and ammonia aqueous solution under a flow of ammonia gas » de Ferry Iskandar et al. publié dans Materials Letters 60 (2006) 73-76 par l’éditeur Elsevier. De manière plus générale, les particules de conversion 107 peuvent être formées chacune en un matériau semi-conducteur tel qu’il présente un gap strictement inférieur à l’énergie des photons du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 , et correspondant à l’énergie des photons à émettre par les particules de conversion 107. Selon une réalisation préférée permettant de mettre en œuvre la conversion d’UV-C en UV-A, les particules transparentes 104 sont chacune en nitrure d’aluminium et les particules de conversion 107 sont chacune en nitrure de gallium. Alternativement, les particules transparentes 104 peuvent être chacune en oxyde d’aluminium. The conversion particles 107 may each contain, or are each made of, gallium nitride (for example of formula GaN). Such conversion particles 107 are very particularly suitable for emitting ultraviolet radiation of longer wavelength than that of the ultraviolet radiation having excited said conversion particles 107 as described in the document “Simple synthesis of GaN nanoparticles from gallium nitrate and ammonia aqueous solution under a flow of ammonia gas ”by Ferry Iskandar et al. published in Materials Letters 60 (2006) 73-76 by the publisher Elsevier. More generally, the conversion particles 107 can each be formed from a semiconductor material such that it has a gap strictly less than the energy of the photons of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, and corresponding to the energy of the photons to be emitted by the conversion particles 107. According to a preferred embodiment making it possible to carry out the conversion from UV-C to UV-A, the transparent particles 104 are each made of aluminum nitride and the conversion particles 107 are each made of gallium nitride. Alternatively, the transparent particles 104 may each be made of aluminum oxide.
Un avantage du dispositif optique 102 comportant les particules An advantage of the optical device 102 comprising the particles
transparentes 104 et les particules de conversion 107 est que les particules de conversion 107 peuvent être dispersées au sein d’un ensemble, aussi appelée matrice, de particules transparentes 104 telles que décrites. Ainsi, les particules transparentes 104 permettent, lors de la fabrication du dispositif optoélectronique 100, de contrôler le nombre de particules de conversion 107 et la répartition des particules de conversion 107 au sein du dispositif optique 102. Ceci permet d’ajuster la proportion de photons, du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 lors de son fonctionnement, transformés en photons du rayonnement électromagnétique émis par les particules de conversion 107. Bien entendu, sachant cela, l’homme du métier est à même d’adapter : transparent 104 and the conversion particles 107 is that the particles of conversion 107 can be dispersed within a set, also called a matrix, of transparent particles 104 as described. Thus, the transparent particles 104 make it possible, during the manufacture of the optoelectronic device 100, to control the number of conversion particles 107 and the distribution of the conversion particles 107 within the optical device 102. This makes it possible to adjust the proportion of photons , electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 during its operation, transformed into photons of the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107. Of course, knowing this, the person skilled in the art is able to adapt:
- la quantité et les dimensions des particules de conversion 107 au sein du dispositif optique 102, the quantity and the dimensions of the conversion particles 107 within the optical device 102,
- la quantité et les dimensions des particules transparentes 104 au sein du dispositif optique 102, the quantity and the dimensions of the transparent particles 104 within the optical device 102,
- les dimensions du dispositif optique 102, the dimensions of the optical device 102,
le tout en fonction du flux de photons UV-A et du flux de photons UV-C souhaités à émettre par le dispositif optoélectronique 100. all as a function of the flux of UV-A photons and of the flux of UV-C photons desired to be emitted by the optoelectronic device 100.
Notamment, les particules de conversion 107 peuvent présenter chacune une taille comprise entre 5 nm et 100 nm. Cette taille est tout particulièrement adaptée pour l’application de conversion du rayonnement émis par la diode électroluminescente 101. Cette gamme de taille pour les particules de conversion 107 est tout particulièrement adaptée pour permettre de contrôler, le cas échéant, le mélange de ces particules de conversion avec les particules transparentes, notamment lorsque les particules transparentes 104 sont de taille similaire à la taille des particules de conversion 107. In particular, the conversion particles 107 may each have a size between 5 nm and 100 nm. This size is very particularly suitable for the application for converting the radiation emitted by the light-emitting diode 101. This size range for the conversion particles 107 is very particularly suitable for making it possible to control, if necessary, the mixture of these particles of conversion with the transparent particles, in particular when the transparent particles 104 are of size similar to the size of the conversion particles 107.
Dans la présente description, la taille d’une particule (transparente ou de conversion) est notamment sa dimension maximale. Notamment, la particule présente une taille telle qu’elle est incluse dans une sphère dont le diamètre est égale à cette taille. De préférence, chaque particule visée dans la présente description adopte la forme d’une sphère. Les particules décrites sont notamment des nanoparticules pouvant adopter la forme de billes. In the present description, the size of a particle (transparent or of conversion) is in particular its maximum dimension. In particular, the particle has a size such that it is included in a sphere whose diameter is equal to this size. Preferably, each particle referred to in this description takes the form of a sphere. The particles described are in particular nanoparticles which can take the form of beads.
Pour permettre au dispositif optoélectronique 100 d’émettre un flux de photons générés par les particules de conversion 107, les particules transparentes 104 sont aussi transparentes au rayonnement électromagnétique émis par les particules de conversion 107. Ainsi, le cas échéant, le matériau semi-conducteur formant ces particules transparentes 104 est tel qu’il présente un gap strictement supérieur à l’énergie des photons du rayonnement électromagnétique émis par les particules de conversion 107 lors du fonctionnement de la diode électroluminescente 101. To allow the optoelectronic device 100 to emit a stream of photons generated by the conversion particles 107, the transparent particles 104 are also transparent to the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107. Thus, if necessary, the semiconductor material forming these transparent particles 104 is such that it has a gap strictly greater than the energy of the photons of the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107 during the operation of the light-emitting diode 101.
II est connu que pour exacerber l’extraction de photons, il est possible d’utiliser un encapsulant adapté à la diode électroluminescente, ou de rendre rugueuse une surface d’une couche dans laquelle se déplacent les photons. It is known that to exacerbate the extraction of photons, it is possible to use an encapsulant adapted to the light-emitting diode, or to roughen a surface of a layer in which the photons move.
L’utilisation de particules transparentes 104, ou de particules transparentes 104 et de particules de conversion 107, permet cela dans le cas particulier d’une diode électroluminescente 101 émettant dans l’ultraviolet : il suffit alors d’agencer les particules pour obtenir une forme adaptée et/ou une composition adaptée du dispositif optique 102. Dans le cadre de la conversion par les particules de conversion 107, la porosité du dispositif optique 102 (conférée par la présence d’interstices entre les particules), la forme et la rugosité de surface du dispositif optique 102 conférées par l’assemblage des particules vont permettre de réduire le piégeage des photons issus des particules de conversion 107. En particulier, les figures 1 à 3 illustrent différentes possibilités de réalisation du dispositif optoélectronique 100. Le cas échéant, le dispositif optique 102 permet The use of transparent particles 104, or transparent particles 104 and conversion particles 107, allows this in the particular case of a light emitting diode 101 emitting in the ultraviolet: it is then enough to arrange the particles to obtain a shape. suitable and / or a suitable composition of the optical device 102. In the context of conversion by the conversion particles 107, the porosity of the optical device 102 (imparted by the presence of interstices between the particles), the shape and the roughness of surface of the optical device 102 imparted by the assembly of the particles will make it possible to reduce the trapping of the photons coming from the conversion particles 107. In particular, FIGS. 1 to 3 illustrate different possibilities of making the optoelectronic device 100. Where appropriate, the optical device 102 allows
d’exacerber : to exacerbate:
- l’extraction de photons émis par la diode électroluminescente 101 vers - the extraction of photons emitted by the light-emitting diode 101 towards
l’extérieur du dispositif optoélectronique 100, ou outside of the optoelectronic device 100, or
- l’extraction de photons émis par la diode électroluminescente 101 et par les particules de conversion 107 vers l’extérieur du dispositif optoélectronique 100. - the extraction of photons emitted by the light-emitting diode 101 and by the conversion particles 107 towards the outside of the optoelectronic device 100.
Selon une réalisation, en particulier illustrée en figure 1 , le dispositif optique 102 permet de transmettre le rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 , notamment en convertissant une partie de ce rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 en cas de présence de particules de conversion 107 dans le dispositif optique 102 aussi appelé élément optique 105 selon cette réalisation. Pour assurer cette fonction de transmission, le dispositif optique 102, ou l’élément optique 105, peut avoir la forme d’un dôme 105, d’une pyramide ou d’un cône. Notamment, le dôme peut être sphérique et adopter la forme d’une demi-sphère. Notamment, la pyramide peut présenter une base formée par un polygone, par exemple un triangle, un carré ou un hexagone. D’autres formes de la base de la pyramide peuvent être envisagées. La pyramide peut être tronquée. Ici, la forme est notamment une forme dite « extérieure » du dispositif optique 102 conférée par sa surface extérieure distante de la diode électroluminescente 101. De préférence, le dispositif optique 102 encapsule une partie de la diode électroluminescente 101. De préférence, ce dispositif optique 102 comporte, ou est constitué par, les particules transparentes 104 au rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101. Notamment, les particules transparentes 104 sont rendues solidaires les unes des autres par liaisons van der Waals. Le dispositif optique 102, notamment sous la forme de dôme, peut optimiser la transmission de puissance, c’est-à-dire l’extraction de photons, depuis sa surface extérieure, en particulier grâce à l’assemblage des particules qui le compose et qui peuvent permettre d’augmenter le nombre de facettes du dispositif optique 102 et/ou la rugosité de sa surface extérieure pour améliorer l’extraction de photons. Par exemple, pour un dôme, sa surface extérieure correspond à sa surface arrondie opposée à la diode électroluminescente 101. Par ailleurs, un tel dispositif optique 102 permet aussi de participer à la mise en forme du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 et passant au travers du dispositif optique 102 selon un faisceau de photons souhaité. Le dispositif optique 102, par exemple en forme de dôme 105, peut recouvrir la diode électroluminescente 101 , notamment de telle sorte à faciliter l’extraction de photons depuis des faces latérales 101 a, 101 b (figure 1 ) de la diode électroluminescente 101 distinctes de sa face d’émission 103 : il est alors possible de maximiser la quantité de photons extraits du dispositif optoélectronique 100. Ici, le dispositif optique 102 peut comporter uniquement les particules transparentes 104, ou le cas échéant les particules transparentes 104 et les particules de conversion 107. According to one embodiment, in particular illustrated in FIG. 1, the optical device 102 makes it possible to transmit the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101, in particular by converting part of this electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 in the presence of particles of conversion 107 in the optical device 102 also called the optical element 105 according to this embodiment. To ensure this transmission function, the optical device 102, or the optical element 105, can have the shape of a dome 105, a pyramid or a cone. In particular, the dome can be spherical and adopt the shape of a half-sphere. In particular, the pyramid may have a base formed by a polygon, for example a triangle, a square or a hexagon. Other forms of the base of the pyramid can be envisaged. The pyramid can be truncated. Here, the shape is in particular a so-called “outside” shape of the optical device 102 imparted by its outer surface remote from the light-emitting diode 101. Preferably, the optical device 102 encapsulates a part of the light-emitting diode 101. Preferably, this optical device 102 comprises, or is constituted by, the transparent particles 104 to the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101. In particular, the transparent particles 104 are made integral with one another by van der Waals links. The optical device 102, in particular in the form of a dome, can optimize the power transmission, that is to say the extraction of photons, from its external surface, in particular by virtue of the assembly of the particles which compose it and which can increase the number of facets of the optical device 102 and / or the roughness of its outer surface to improve the extraction of photons. For example, for a dome, its external surface corresponds to its rounded surface opposite to the light-emitting diode 101. Furthermore, such an optical device 102 also makes it possible to participate in the shaping of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 and passing through the optical device 102 according to a desired photon beam. The optical device 102, for example in the form of a dome 105, can cover the light-emitting diode 101, in particular so as to facilitate the extraction of photons from lateral faces 101 a, 101 b (FIG. 1) of the distinct light-emitting diode 101 from its emission face 103: it is then possible to maximize the quantity of photons extracted from the optoelectronic device 100. Here, the optical device 102 can comprise only the transparent particles 104, or if necessary the transparent particles 104 and the particles of conversion 107.
Selon une autre réalisation, comme par exemple illustrée en figure 2, le dispositif optique 102 comporte une pluralité de structures 106. Ces structures 106 sont agencées sur la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101. Chacune de ces structures 106 comporte une partie des particules transparentes 104. Autrement dit, les particules transparentes 104 du dispositif optique 102 sont réparties au sein des différentes structures 106. Ces structures 106 peuvent être des pyramides micrométriques notamment constituées de, ou comportant les, particules transparentes 104. Le sommet de chacune des pyramides est à distance de la diode électroluminescente 101 alors que la base de chacune des pyramides peut être en contact avec la diode électroluminescente 101. Par « pyramides micrométriques », on entend que ces pyramides présentent des dimensions notamment comprises entre 0,5 pm et 10 pm. En fait, les structures 106 peut être agencées de sorte à former une couche de structures 106 se rejoignant sur la face d’émission 103. De telles structures 106 sont configurées pour améliorer l’extraction lumineuse (lumière ultraviolette) de la diode électroluminescente 101 notamment en facilitant le passage de photons émis par la diode électroluminescente 101 au travers de la couche de structures 106 tout en limitant le retour des photons par réflexion interne vers la diode électroluminescente 101. Toute forme de structure 106 permettant la fonction d’extraction visée ci-dessus peut être utilisée. Dans le cas où la conversion n’est pas souhaitée, les structuresAccording to another embodiment, as for example illustrated in FIG. 2, the optical device 102 comprises a plurality of structures 106. These structures 106 are arranged on the emission face 103 of the light-emitting diode 101. Each of these structures 106 comprises a part transparent particles 104. In other words, the transparent particles 104 of the optical device 102 are distributed within the different structures 106. These structures 106 may be micrometric pyramids in particular made up of, or comprising the, transparent particles 104. The apex of each of the pyramids is at a distance from the light-emitting diode 101 while the base of each of the pyramids may be in contact with the light-emitting diode 101. By “micrometric pyramids”, it is meant that these pyramids have dimensions in particular between 0.5 μm and 10 μm. In fact, the structures 106 can be arranged so as to form a layer of structures 106 joining on the emission face 103. Such structures 106 are configured to improve the light extraction (ultraviolet light) from the light emitting diode 101 in particular. by facilitating the passage of photons emitted by the light-emitting diode 101 through the layer of structures 106 while limiting the return of photons by internal reflection to the light-emitting diode 101. Any form of structure 106 allowing the extraction function referred to above above can be used. If the conversion is not desired, the structures
106 sont constituées par les particules transparentes 104. Dans le cas où la conversion d’une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente est souhaitée, les structures 106 comportent chacune une partie des particules transparentes 104 et une partie des particules de conversion106 consist of transparent particles 104. In the case where the conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode is desired, the structures 106 each comprise a part of the transparent particles 104 and a part of the conversion particles
107 (les particules de conversion 107 sont alors réparties dans les structures 106). Les structures 106 sont de préférence identiques. La formation d’une pluralité de structures permet ici d’augmenter le nombre de facettes du dispositif optique 102 pour améliorer l’extraction de photons vers l’extérieur du dispositif optoélectronique 100. 107 (the conversion particles 107 are then distributed in the structures 106). The structures 106 are preferably identical. The formation of a plurality of structures here makes it possible to increase the number of facets of the optical device 102 in order to improve the extraction of photons out of the optoelectronic device 100.
En figure 3, le dispositif optique 102 est une combinaison des structures 106, notamment telles que décrites précédemment, avec un élément optique 105, notamment tel que décrit précédemment. Autrement dit, le dispositif optique 102 peut comporter l’élément optique 105 et les structures 106, les structures 106 étant agencées sur la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 , l’élément optique 105 étant agencé sur les structures 106. Ainsi, on comprend qu’en figure 3, le dispositif optique 102 comporte deux parties, l’une formée par les structures 106, et l’autre formée par l’élément optique 105, notamment l’une de ces parties comporte à la fois une première partie des particules transparentes 104 et les particules de conversion 107 et l’autre de ces parties comporte une deuxième partie des particules transparente 104. Notamment, les structures 106 présentent ici l’avantage de favoriser au moins le passage de photons générés par la diode électroluminescente 101 vers l’élément optique 105, et le cas échéant le passage de photons générés par les particules de conversion 107 présentes dans les structures 106 vers l’élément optique 105. Par ailleurs, l’élément optique 105 permet notamment de mettre en forme un faisceau de photons émis par le dispositif optoélectronique 100, ce faisceau de photons comportant des photons du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente 101 et des photons du rayonnement électromagnétique émis par les particules de conversion 107. Par ailleurs, la surface extérieure de l’élément optique 105 délimitée par des portions de particules (notamment transparentes, ou transparentes et de conversion) participe aussi à l’amélioration de l’extraction des photons générés au sein du dispositif optoélectronique. In FIG. 3, the optical device 102 is a combination of the structures 106, in particular as described above, with an optical element 105, in particular as described above. In other words, the optical device 102 may comprise the optical element 105 and the structures 106, the structures 106 being arranged on the emission face 103 of the light-emitting diode 101, the optical element 105 being arranged on the structures 106. Thus , it can be understood that in FIG. 3, the optical device 102 comprises two parts, one formed by the structures 106, and the other formed by the optical element 105, in particular one of these parts comprises both a first part of the transparent particles 104 and the conversion particles 107 and the other of these parts comprises a second part of the transparent particles 104. In particular, the structures 106 here have the advantage of promoting at least the passage of photons generated by the diode light emitting 101 towards the optical element 105, and where appropriate the passage of photons generated by the conversion particles 107 present in the structures 106 towards the optical element 105. Furthermore, the optical element 105 makes it possible in particular to form a beam of photons emitted by the optoelectronic device 100, this beam of photons comprising photons of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode 101 and photons of the electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 107. Furthermore, the external surface of the optical element 105 delimited by portions of particles (in particular transparent, or transparent and of conversion) also contributes to improving the extraction of photons generated within the optoelectronic device.
Selon une réalisation particulière de la combinaison de l’élément optique 105 avec les structures 106, l’élément optique 105 comporte les particules de conversion 107 et les particules transparentes 104 sont réparties de telle sorte que les structures 106 comportent chacune des particules transparentes 104 et que l’élément optique 105 comporte des particules transparentes 104. Autrement dit, les particules transparentes 104 sont réparties dans les structures 106 et dans l’élément optique 105. De préférence, les structures 106 comportent ici uniquement des particules transparentes 104. Une telle répartition des particules de conversion 107 et des particules transparentes 104 est avantageuse dans le sens où le volume de l’élément optique 105, strictement supérieur au volume de chacune des structures 106, permet de contrôler plus facilement, du fait de ce volume plus important, la proportion de particules de conversion 107 dans l’élément optique 105 en comparaison au cas où ces particules de conversion 107 serait placées dans les structures 106. According to a particular embodiment of the combination of the optical element 105 with the structures 106, the optical element 105 comprises the conversion particles 107 and the transparent particles 104 are distributed so that the structures 106 each comprise transparent particles 104 and that the optical element 105 comprises transparent particles 104. In other words, the transparent particles 104 are distributed in the structures 106 and in the optical element 105. Preferably, the structures 106 here comprise only transparent particles 104. Such a distribution conversion particles 107 and transparent particles 104 is advantageous in the sense that the volume of the optical element 105, strictly greater than the volume of each of the structures 106, makes it easier to control, due to this larger volume, the proportion of conversion particles 107 in the optical element 105 in comparison with the case where these particles conversion 107 would be placed in structures 106.
Selon une autre réalisation particulière de la combinaison de l’élément optique 105 avec les structures 106, les particules de conversion 107 sont réparties de sorte que les structures 106 comportent chacune des particules de conversion 107. Les particules transparentes 104 sont alors réparties de sorte que l’élément optique 105 comporte des particules transparentes 104 et que les structures 106 comportent des particules transparentes 104. Autrement dit, les particules transparentes 104 sont réparties dans les structures 106 et dans l’élément optique 105. De préférence, l’élément optique 105 comporte ici uniquement des particules transparentes 104. Cette réalisation permet un meilleur couplage entre le rayonnement émis par la diode électroluminescente 101 et les particules de conversion 107 contenues dans les structures formées au contact de la face d’émission 103 : ainsi l’efficacité du dispositif optique 102 est améliorée. According to another particular embodiment of the combination of the optical element 105 with the structures 106, the conversion particles 107 are distributed so that the structures 106 each comprise conversion particles 107. The transparent particles 104 are then distributed so that the optical element 105 comprises transparent particles 104 and that the structures 106 comprise transparent particles 104. In other words, the transparent particles 104 are distributed in the structures 106 and in the optical element 105. Preferably, the optical element 105 here comprises only transparent particles 104. This embodiment allows better coupling between the radiation emitted by the light-emitting diode 101 and the particles of conversion 107 contained in the structures formed in contact with the emission face 103: thus the efficiency of the optical device 102 is improved.
Selon encore une autre réalisation particulière de la combinaison de l’élément optique 105 avec les structures 106, les structures 106 comportent uniquement les particules de conversion 107 et l’élément optique 105 comporte les particules transparentes 104. Cette réalisation est notamment adaptée pour réaliser une conversion efficace. According to yet another particular embodiment of the combination of the optical element 105 with the structures 106, the structures 106 comprise only the conversion particles 107 and the optical element 105 comprises the transparent particles 104. This embodiment is in particular suitable for producing a efficient conversion.
Selon la combinaison des structures 106 avec l’élément optique 105, la forme, notamment dite « forme extérieure » du dispositif optique 102 peut être telle que décrite précédemment. En particulier, le dispositif optique 102, notamment l’élément optique 105, peut avoir la forme d’un dôme, d’une pyramide, ou d’un cône. Depending on the combination of the structures 106 with the optical element 105, the shape, in particular the so-called "outer shape" of the optical device 102 may be as described above. In particular, the optical device 102, in particular the optical element 105, may have the shape of a dome, a pyramid, or a cone.
De manière générale, applicable notamment aux différentes réalisations illustrées en figures 1 à 5, la cohésion du dispositif optique 102 est assurée par des liaisons van der Waals. Par « cohésion du dispositif optique 102 », on entend qu’il se comporte comme une pièce dont les éléments (ici les particules) sont attachés les uns aux autres par liaisons van der Waals. Autrement dit, les particules transparentes 104, ou les particules transparentes 104 et les particules de conversion 107 sont liées entre elles par des liaisons van der Waals. Plus particulièrement pour tout couple de particules en contact, il est formé une liaison van der Waals entre ces particules du couple, que ces particules du couple soient deux particules transparentes 104, deux particules de conversion 107, ou une particule de conversion 107 et une particule transparente 104. Notamment, le dispositif optique 102 est constitué de particules transparentes 104 et de particules de conversion 107 notamment liées entre elles par des liaisons van der Waals. L’avantage d’avoir un dispositif optique 102 dont la cohésion est assurée par des liaisons van der Waals est qu’il n’est pas nécessaire de mettre en œuvre un recuit à une température élevée risquant de détériorer la diode électroluminescente 101 pour former ce dispositif optique 102. In general, applicable in particular to the various embodiments illustrated in FIGS. 1 to 5, the cohesion of the optical device 102 is ensured by van der Waals links. By "cohesion of the optical device 102", it is meant that it behaves like a part whose elements (here the particles) are attached to each other by van der Waals links. In other words, the transparent particles 104, or the transparent particles 104 and the conversion particles 107 are linked together by van der Waals bonds. More particularly for any pair of particles in contact, a van der Waals bond is formed between these particles of the couple, whether these particles of the couple are two transparent particles 104, two conversion particles 107, or a conversion particle 107 and a particle transparent 104. In particular, the optical device 102 consists of transparent particles 104 and of conversion particles 107 in particular linked together by van der Waals links. The advantage of having an optical device 102, the cohesion of which is ensured by van der Waals connections, is that it is not necessary to carry out annealing at a high temperature which risks damaging the light-emitting diode 101 to form this. optical device 102.
De préférence, chacune des particules transparentes 104 présente une taille strictement inférieure à l/( 2 c n), avec n l’indice optique du matériau des particules transparentes 104, et l la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101. Ceci présente l’avantage d’améliorer l’extraction des photons générés par la diode électroluminescente 101 et, le cas échéant, des photons générés par les particules de conversion 107 vers l’extérieur du dispositif optoélectronique 100, notamment au contact entre la surface extérieure du dispositif optique 102 avec de l’air. Preferably, each of the transparent particles 104 has a size strictly less than l / (2 c n), with n the optical index of the material of the transparent particles 104, and l the emission wavelength of the light-emitting diode 101 This has the advantage of improving the extraction of the photons generated by the light-emitting diode 101 and, where appropriate, of the photons generated by the conversion particles 107 towards the outside of the optoelectronic device 100, in particular in contact between the outside surface of the optical device 102 with air.
De préférence, chacune des particules de conversion 107 présente une taille strictement inférieure à l/( 2 c ni), avec n\ l’indice optique du matériau des particules de conversion 107, et l la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente 101. Ceci permet d’améliorer l’absorption, par ladite particule de conversion 107, de photons générés par la diode électroluminescente 101. Preferably, each of the conversion particles 107 has a size strictly less than l / (2 c ni), with n \ the optical index of the material of the conversion particles 107, and l the emission wavelength of the light emitting diode 101. This improves the absorption, by said conversion particle 107, of photons generated by the light emitting diode 101.
Les conditions données ci-dessus relativement à la taille des particules de conversion ou transparentes en fonction de la longueur d’onde d’émission de la diode permettent à l’ensemble des particules présentes dans le dispositif optique 102 de se comporter comme un milieu homogène pour la propagation des photons. The conditions given above relative to the size of the conversion or transparent particles as a function of the emission wavelength of the diode allow all of the particles present in the optical device 102 to behave like a homogeneous medium. for the propagation of photons.
Le dispositif optique 102 peut coopérer avec tout type de diode électroluminescente 101 apte à émettre dans l’ultraviolet (notamment dans l’UV-C) par une ou plusieurs faces d’émission, chaque face d’émission étant alors en contact avec le dispositif optique tel que décrit qui vient notamment englober la diode électroluminescente 101. Par exemple, la diode électroluminescente peut être à base de nitrure d’aluminium et de gallium. The optical device 102 can cooperate with any type of light-emitting diode 101 capable of emitting in the ultraviolet (in particular in UV-C) by one or more emission faces, each emission face then being in contact with the device optics as described which notably includes the light-emitting diode 101. For example, the light-emitting diode may be based on aluminum nitride and gallium.
On comprend de ce qui a été décrit précédemment que lorsque le dispositif optique 102 comporte des particules de conversion 107, il permet aussi d’exacerber l’extraction de photons générés par ces particules de conversion 107 vers l’extérieur du dispositif optique 102, notamment selon une direction s’éloignant de la diode électroluminescente 101. It is understood from what has been described above that when the optical device 102 comprises conversion particles 107, it also makes it possible to exacerbate the extraction of photons generated by these conversion particles 107 towards the outside of the optical device 102, in particular in a direction moving away from the light-emitting diode 101.
Le dispositif optique 102 peut comporter des interstices, notamment remplis d’air, formés entre les particules (notamment transparentes et, le cas échéant, de conversion) qui le compose. Ces interstices sont notamment présents dans les structures 106 et/ou dans l’élément optique 105. De préférence, on cherche à limiter la présence de ces interstices en choisissant une taille adaptée des particules pour éviter de réduire de manière trop importante l’indice effectif du dispositif optique 102. Dans le cas où le dispositif optique 102 comporte les particules transparentes 104 et les particules de conversion 107, la présence d’interstices, notamment remplis d’air, entre les particules, qu’elles soient de conversion ou transparentes, permet de diminuer l’indice effectif du dispositif optique 102 et de générer de la diffusion optique pour réduire le piégeage du rayonnement émis par les particules de conversion 107. The optical device 102 may comprise interstices, in particular filled with air, formed between the particles (in particular transparent and, where appropriate, of conversion) which compose it. These interstices are notably present in the structures 106 and / or in the optical element 105. Preferably, it is sought to limit the presence of these interstices by choosing an appropriate size of the particles to avoid reducing the effective index too much. of the optical device 102. In the case where the optical device 102 comprises the transparent particles 104 and the conversion particles 107, the presence of interstices, in particular filled with air, between the particles, whether they are conversion or transparent, reduces the effective index of the device optical 102 and generate optical scattering to reduce the trapping of the radiation emitted by the conversion particles 107.
L’invention est aussi relative à un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique 100, notamment tel que décrit. En particulier, le procédé de fabrication comporte une étape de fourniture de la diode électroluminescente 101 (figure 6) par exemple formée sur un substrat 108 (aussi représenté en figures 1 à 3 et 7 à 13), notamment un substrat 108 semi-conducteur. Cette diode électroluminescente 101 peut avoir été fabriquée au préalable par des techniques classiques de la microélectronique. Par ailleurs, le procédé de fabrication comporte une étape de formation du dispositif optique 102 comportant une étape de dépôt d’une solution 109 (figures 7, 9 et 10) au moins au-dessus de, ou sur au moins, la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 fournie par exemple selon la figure 6. Cette solution 109 comporte un solvant (par exemple de l’eau ou de l’éthanol) et au moins une partie des particules transparentes 104. Le cas échéant, la solution 109 déposée peut aussi comporter les particules de conversion 107. Ensuite, l’étape de formation du dispositif optique 102 peut comporter une étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée pour former au moins une partie du dispositif optique 102. Par exemple, l’évaporation du solvant de la solution 109 déposée en figure 9 permet d’obtenir le dispositif optique 102 sous forme de dôme tel que représenté en figure 1. Par exemple, l’évaporation du solvant de la solution 109 déposée en figure 7, après sa mise en forme (figure 8), permet d’obtenir les structures 106 telles que visibles en figure 2. Par exemple, l’évaporation du solvant de la solution 109 déposée en figure 10, après sa mise en forme (figure 11 ), permet d’obtenir le dispositif optique 102 sous forme de dôme tel que représenté en figure 1. De manière générale, l’évaporation du solvant de la solution 109 déposée est avantageuse car elle ne requiert pas l’utilisation de températures susceptibles d’endommager la diode électroluminescente 101 , l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée est préférentiellement réalisée à température ambiante, ou à 100°C pour limiter le temps d’évaporation. Plus généralement, l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée est réalisée à une température comprise entre 25°C et 100°C pour éviter la détérioration de la diode électroluminescente 101. L’utilisation de la solution 109 comportant des particules transparentes 104, et éventuellement des particules de conversion 107, permet d’obtenir soit le dispositif optique 102 soit une partie de ce dernier avec une répartition adaptée des particules qu’il comporte. The invention also relates to a method for manufacturing an optoelectronic device 100, in particular as described. In particular, the manufacturing process includes a step of supplying the light-emitting diode 101 (FIG. 6), for example formed on a substrate 108 (also shown in FIGS. 1 to 3 and 7 to 13), in particular a semiconductor substrate 108. This light emitting diode 101 may have been manufactured beforehand by conventional techniques of microelectronics. Furthermore, the manufacturing method comprises a step of forming the optical device 102 comprising a step of depositing a solution 109 (FIGS. 7, 9 and 10) at least above, or on at least, the face of emission 103 of the light-emitting diode 101 supplied for example according to FIG. 6. This solution 109 comprises a solvent (for example water or ethanol) and at least part of the transparent particles 104. Where appropriate, the solution 109 deposited may also include the conversion particles 107. Next, the step of forming the optical device 102 may include a step of evaporating the solvent from the solution 109 deposited to form at least part of the optical device 102. For example, the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited in FIG. 9 makes it possible to obtain the optical device 102 in the form of a dome as shown in FIG. 1. For example, the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited in FIG. 7, after its shaping (Figure 8), allows to obtain the structures 106 as visible in Figure 2. For example, the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited in Figure 10, after its shaping (Figure 11), allows to obtain the optical device 102 in the form of a dome as shown in FIG. 1. In general, the evaporation of the solvent from the solution 109 deposited is advantageous since it does not require the use of temperatures liable to damage the light-emitting diode 101, the step of evaporating the solvent from the solution 109 deposited is preferably carried out at ambient temperature, or at 100 ° C. to limit the evaporation time. More generally, the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited is carried out at a temperature of between 25 ° C and 100 ° C to avoid deterioration of the light-emitting diode 101. The use of solution 109 comprising particles transparent 104, and possibly particles of conversion 107, makes it possible to obtain either the optical device 102 or a part of the latter with an adapted distribution of the particles which it comprises.
Selon une première réalisation de ce procédé de fabrication, la solution 109 déposée sur la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 permet de former le dispositif optique 102 notamment dans son intégralité. According to a first embodiment of this manufacturing process, the solution 109 deposited on the emitting face 103 of the light-emitting diode 101 makes it possible to form the optical device 102 in particular in its entirety.
Par exemple, selon cette première réalisation du procédé de fabrication, l’étape de dépôt de la solution 109 est mise en œuvre par le dépôt d’une goutte de la solution 109 (figure 9), notamment sur le substrat 108 et sur la face d’émission 103, dont le séchage par évaporation du solvant qu’elle contient permet d’obtenir le dispositif optique 102 tel que par exemple représenté en figure 1. Ici l’avantage est que la solution 109 déposée présente directement une forme représentative de la forme souhaitée du dispositif optique 102. En cas de dépôt d’une goutte, sa viscosité est adaptée pour que son séchage permette d’obtenir le dispositif optique 102. For example, according to this first embodiment of the manufacturing process, the step of depositing the solution 109 is implemented by depositing a drop of the solution 109 (FIG. 9), in particular on the substrate 108 and on the face 103, the drying of which by evaporation of the solvent it contains makes it possible to obtain the optical device 102 such as for example shown in FIG. 1. Here the advantage is that the solution 109 deposited directly has a form representative of the desired shape of the optical device 102. If a drop is deposited, its viscosity is adapted so that its drying makes it possible to obtain the optical device 102.
Selon un autre exemple de cette première réalisation, la solution 109 déposée (sur la face d’émission 103 en figure 7 et sur la face d’émission 103 et le substrat 108 en figure 10), par exemple par centrifugation, va être mise en forme (figures 8 et 11 ) avant d’en évaporer le solvant. Ici, après dépôt de la solution 109, l’étape de formation du dispositif optique 102 peut comporter une étape de mise en forme de la solution 109 déposée en vue de former le dispositif optique 102. L’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée est notamment réalisée alors que la forme conférée à la solution 109 déposée par l’étape de mise en forme est maintenue tout au long de l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée. Ceci peut être réalisé grâce à l’utilisation d’un moule 110, 111 permettant de mettre en forme la solution 109 déposée. La position relative du moule 110, 111 par rapport à la diode électroluminescente 101 est maintenue au cours de l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée comme illustré en figures 8 et 11. Cette technique est aussi connue sous la dénomination de microtamponnage (ou nanoimpression). Par exemple, le moule 110 de la figure 8 permet de former les structures 106, et le moule 111 de la figure 11 permet de former un dôme en tant que dispositif optique 102. Selon cet autre exemple, au terme de l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée, le moule 110, 111 est retiré pour obtenir le dispositif optoélectronique 100 soit de la figure 2, soit de la figure 1. Selon cette première réalisation du procédé de fabrication, la solution 109 peut comporter les particules transparentes 104, ou les particules transparentes 104 et les particules de conversion 107. According to another example of this first embodiment, the solution 109 deposited (on the emission face 103 in FIG. 7 and on the emission face 103 and the substrate 108 in FIG. 10), for example by centrifugation, will be put in form (Figures 8 and 11) before evaporating the solvent. Here, after depositing the solution 109, the step of forming the optical device 102 may include a step of shaping the solution 109 deposited in order to form the optical device 102. The step of evaporating the solvent from the solution 109 deposited is produced in particular while the shape imparted to solution 109 deposited by the shaping step is maintained throughout the step of evaporation of the solvent from solution 109 deposited. This can be achieved by using a mold 110, 111 for shaping the solution 109 deposited. The relative position of the mold 110, 111 with respect to the light-emitting diode 101 is maintained during the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited as illustrated in FIGS. 8 and 11. This technique is also known by the name of micro-buffering (or nanoimprint). For example, the mold 110 of FIG. 8 makes it possible to form the structures 106, and the mold 111 of FIG. 11 makes it possible to form a dome as an optical device 102. According to this other example, at the end of the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited, the mold 110, 111 is removed to obtain the optoelectronic device 100 either of FIG. 2 or of FIG. 1. According to this first embodiment of the manufacturing process, the solution 109 may include the transparent particles 104, or the transparent particles 104 and the conversion particles 107.
Selon une deuxième réalisation de ce procédé de fabrication, la solution 109 déposée sur (ou au-dessus de) la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 permet de former une partie du dispositif optique 102. On comprend alors que l’étape de formation du dispositif optique 102 nécessite des étapes supplémentaires pour être finalisée. According to a second embodiment of this manufacturing process, the solution 109 deposited on (or above) the emission face 103 of the light-emitting diode 101 makes it possible to form part of the optical device 102. It is then understood that the step for forming the optical device 102 requires additional steps to be finalized.
Ainsi, selon la deuxième réalisation du procédé de fabrication, le dispositif optique 102 peut être en deux parties. Dans ce cas, la solution 109 déposée (figures 7 et 8) permet de former seulement une partie du dispositif optique 102 dite première partie du dispositif optique 102. Selon cette deuxième réalisation, la solution 109 déposée au moins au-dessus de, ou le cas échéant sur ou au moins sur, la face d’émission 103 est une première solution comportant une première partie des particules transparentes 104 du dispositif optique 102 à former. Le procédé de fabrication, en particulier l’étape de formation du dispositif optique 102, comporte aussi une étape de mise en forme de la première solution 109 déposée (figure 8) en vue de former la première partie du dispositif optique 102. L’étape d’évaporation du solvant de la première solution 109 déposée est notamment réalisée alors que la forme conférée à la première solution 109 par l’étape de mise en forme est maintenue, par exemple à l’aide d’un moule 110 adapté (figure 8). Par ailleurs, il résulte de l’étape de mise en forme de la première solution 109 déposée et de l’étape d’évaporation du solvant de la première solution 109 déposée, une formation de la première partie du dispositif optique 102 comportant les structures 106 (figure 2) par exemple telles que décrites précédemment, notamment après retrait du moule 110 de la figure 8 au terme de l’évaporation du solvant de la première solution 109 déposée. En outre, l’étape de formation du dispositif optique 102 comporte, après évaporation du solvant de la première solution 109 déposée : Thus, according to the second embodiment of the manufacturing process, the optical device 102 can be in two parts. In this case, the solution 109 deposited (FIGS. 7 and 8) makes it possible to form only a part of the optical device 102 called the first part of the optical device 102. According to this second embodiment, the solution 109 deposited at least above, or the if necessary on or at least on, the emission face 103 is a first solution comprising a first part of the transparent particles 104 of the optical device 102 to be formed. The manufacturing process, in particular the step of forming the optical device 102, also includes a step of shaping the first solution 109 deposited (FIG. 8) in order to form the first part of the optical device 102. The step solvent evaporation of the first solution 109 deposited is notably carried out while the shape imparted to the first solution 109 by the shaping step is maintained, for example using a suitable mold 110 (FIG. 8 ). Furthermore, it results from the step of shaping the first solution 109 deposited and from the step of evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited, a formation of the first part of the optical device 102 comprising the structures 106 (Figure 2) for example as described above, in particular after removal of the mold 110 of Figure 8 after the evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited. In addition, the step of forming the optical device 102 comprises, after evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited:
- une étape de dépôt d’une deuxième solution 112, par exemple par dépôt d’une goutte de cette deuxième solution 112, sur les structures 106 (figure 12) formées sur la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 et notamment sur le substrat 108, en vue de former une deuxième partie du dispositif optique 102, la deuxième solution 112 comportant un solvant (par exemple le même que celui de la première solution 109) et une deuxième partie des particules transparentes 104 du dispositif optique 102 à former, a step of depositing a second solution 112, for example by depositing a drop of this second solution 112, on the structures 106 (FIG. 12) formed on the emission face 103 of the light-emitting diode 101 and in particular on the substrate 108, in order to form a second part of the optical device 102, the second solution 112 comprising a solvent (for example the same as that of the first solution 109) and a second part of the transparent particles 104 of the optical device 102 to be formed,
- une étape d’évaporation du solvant de la deuxième solution 1 12 déposée pour former la deuxième partie du dispositif optique 102 correspondant à l’élément optique 105 décrit précédemment. - A step of evaporating the solvent from the second solution 1 12 deposited to form the second part of the optical device 102 corresponding to the optical element 105 described above.
La première solution 109, ou la deuxième solution 1 12, comporte les particules de conversion 107. L’étape d’évaporation du solvant de la deuxième solution 1 12 déposée peut être réalisée selon les mêmes températures telles que décrite en relation avec l’évaporation du solvant de la première solution 109 déposée d’où il résulte le même avantage. Selon cette deuxième réalisation, il a été possible de former le dispositif optique 102 de forme adaptée sans dégrader la diode électroluminescente 101 . Ici un avantage est que la deuxième solution 1 12 déposée peut présenter directement une forme représentative de la forme souhaitée du dispositif optique 102 en adaptant la viscosité de la deuxième solution 1 12. The first solution 109, or the second solution 1 12, comprises the conversion particles 107. The step of evaporation of the solvent of the second solution 1 12 deposited can be carried out at the same temperatures as described in relation to the evaporation of the solvent of the first solution 109 deposited, from which the same advantage results. According to this second embodiment, it was possible to form the optical device 102 of suitable shape without degrading the light-emitting diode 101. Here an advantage is that the second solution 1 12 deposited can directly present a shape representative of the desired shape of the optical device 102 by adapting the viscosity of the second solution 1 12.
Alternativement au dépôt de la deuxième solution 1 12 sous la forme d’une goutte, il est possible de déposer la deuxième solution 1 12 selon une forme quelconque, puis de la mettre en forme à l’aide d’un moule 1 1 1 (figure 13) adapté dont la position est maintenue lors de l’évaporation du solvant de la deuxième solution 1 12 déposée. Cependant, il est ici réalisé, avant dépôt de la deuxième solution 1 12, un recuit pour stabiliser les structures 106 agencées sur la face d’émission 103 de la diode électroluminescente 101 de sorte à éviter l’endommagement de ces structures 106 lors du moulage de la deuxième partie du dispositif optique 102. As an alternative to depositing the second solution 1 12 in the form of a drop, it is possible to deposit the second solution 1 12 in any form, and then to shape it using a mold 1 1 1 ( Figure 13) adapted whose position is maintained during the evaporation of the solvent from the second solution 1 12 deposited. However, here is carried out, before deposition of the second solution 1 12, an annealing to stabilize the structures 106 arranged on the emission face 103 of the light emitting diode 101 so as to avoid damage to these structures 106 during molding of the second part of the optical device 102.
Selon encore une alternative au dépôt de la deuxième solution sous la forme d’une goutte, il est possible, après évaporation du solvant de la première solution 109 déposée, de déposer une couche de protection en matériau massif, par exemple en nitrure d’aluminium, pour étanchéifier les structures 106 et les protéger avant de déposer la deuxième solution 1 12 et de lui donner une forme souhaitée par moulage. According to yet another alternative to depositing the second solution in the form of a drop, it is possible, after evaporation of the solvent from the first solution 109 deposited, to deposit a protective layer of solid material, for example aluminum nitride , to seal the structures 106 and protect them before depositing the second solution 1 12 and giving it a desired shape by molding.
Selon une variante de la deuxième réalisation du procédé de fabrication, la première solution est déposée sur les structures préalablement formées à l’aide du dépôt de la deuxième solution sur la face d’émission de la diode électroluminescente. Dans cette variante, la deuxième solution comporte les particules de conversion, et la deuxième solution est dépourvue de particules transparentes qui sont alors toutes contenues dans la première solution. Avant de déposer la première solution, la deuxième solution déposée sur la face d’émission est notamment mise en forme et son solvant évaporé pour former les structures. Ensuite, après dépôt de la première solution sur les structures, le solvant de la première solution déposée peut être évaporé pour former l’élément optique, le cas échéant pendant qu’un moule correspondant assure le maintien de la mise en forme de la première solution déposée selon la forme souhaitée de l’élément optique. According to a variant of the second embodiment of the manufacturing process, the first solution is deposited on the structures previously formed using the deposition of the second solution on the emitting face of the light-emitting diode. In this variant, the second solution includes the conversion particles, and the second solution is devoid of transparent particles which are then all contained in the first solution. Before depositing the first solution, the second solution deposited on the emission face is in particular shaped and its solvent evaporated to form the structures. Then, after depositing the first solution on the structures, the solvent of the first deposited solution can be evaporated to form the optical element, if necessary while a corresponding mold maintains the shaping of the first solution. deposited in the desired shape of the optical element.
II résulte de ce qui a été décrit précédemment que la réalisation du dispositif optique 102 du dispositif optoélectronique 100 peut, le cas échéant, être mise en œuvre sans avoir à effectuer un dépôt de matériau selon des techniques de la microélectronique à une température élevée qui pourrait avoir comme conséquence de dégrader la diode électroluminescente 101. It follows from what has been described above that the production of the optical device 102 of the optoelectronic device 100 can, if necessary, be implemented without having to carry out a deposition of material according to microelectronic techniques at a high temperature which could have the consequence of degrading the light-emitting diode 101.
II résulte de ce qui a été décrit ci-dessus que, dans le cadre d’une mise en forme de la solution 109 déposée, l’étape de formation du dispositif optique 102 peut comporter une étape de mise en forme de la solution déposée en vue de former au moins une partie du dispositif optique 102. Dans ce cas, l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109 déposée est réalisée pour la solution 109 déposée et mise en forme, c’est-à-dire que la forme conférée à la solution par l’étape de mise en forme est maintenue tout au long de l’étape d’évaporation du solvant de la solution 109. It follows from what has been described above that, in the context of shaping of the solution 109 deposited, the step of forming the optical device 102 may include a step of shaping the solution deposited in view of forming at least part of the optical device 102. In this case, the step of evaporation of the solvent from the solution 109 deposited is carried out for the solution 109 deposited and shaped, that is to say that the the shape given to the solution by the shaping step is maintained throughout the step of evaporation of the solvent from solution 109.
Il a été évoqué précédemment que le dispositif optique 102 pouvait aussi couvrir des flancs latéraux de la diode électroluminescente 101. Ainsi, un avantage du dispositif optique 102 utilisé est de combler des tranchées délimitant la diode électroluminescente et, le cas échéant, de combler des espaces entre diodes électroluminescentes lorsque le dispositif optoélectronique en comporte plusieurs qui peuvent notamment partager un même dispositif optique 102. Cela permet aussi de faciliter l’extraction de photons depuis des flancs latéraux de la diode électroluminescente, et le cas échéant, d’en permettre la conversion d’au moins une partie. It was mentioned above that the optical device 102 could also cover lateral flanks of the light-emitting diode 101. Thus, an advantage of the optical device 102 used is to fill trenches delimiting the light-emitting diode and, if necessary, to fill spaces between light-emitting diodes when the optoelectronic device comprises several which can in particular share the same optical device 102. This also makes it possible to facilitate the extraction of photons from the lateral flanks of the light-emitting diode, and if necessary, to allow its conversion at least a part.
De préférence, lorsque le dispositif optique 102 comporte l’élément optique 105, la diode électroluminescente 101 est petite par rapport à l’élément optique 105 et se situe notamment au centre de la base de l’élément optique 105 qui surmonte la diode électroluminescente 101 et notamment le substrat 108. Preferably, when the optical device 102 comprises the optical element 105, the light-emitting diode 101 is small compared to the optical element 105 and is located in particular at the center of the base of the optical element 105 which surmounts the light-emitting diode 101 and in particular the substrate 108.
Tout ce qui s’applique au dispositif optoélectronique 100 peut s’appliquer à son procédé de fabrication et inversement. Anything that applies to the optoelectronic device 100 can apply to its manufacturing process and vice versa.
Le dispositif optoélectronique 100 présente une application industrielle dans le domaine de la fabrication d’un tel dispositif optoélectronique, ainsi que dans toute application nécessitant un éclairage par ultraviolets. The optoelectronic device 100 has an industrial application in the field of manufacturing such an optoelectronic device, as well as in any application requiring ultraviolet lighting.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif optoélectronique (100) comportant : 1. Optoelectronic device (100) comprising:
• une diode électroluminescente (101 ) configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ) comprise dans l’ultraviolet, A light emitting diode (101) configured to emit electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the light emitting diode (101) included in the ultraviolet,
• un dispositif optique (102) configuré pour extraire des photons générés par la diode électroluminescente (101 ), An optical device (102) configured to extract photons generated by the light-emitting diode (101),
ledit dispositif optique (102) étant agencé sur une face d’émission (103) de la diode électroluminescente (101 ), ledit dispositif optique (102) comportant : said optical device (102) being arranged on an emission face (103) of the light-emitting diode (101), said optical device (102) comprising:
• des particules transparentes (104) à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ), • transparent particles (104) at the emission wavelength of the light-emitting diode (101),
• des particules de conversion (107), • conversion particles (107),
caractérisé en ce que les particules de conversion (107) sont configurées de sorte à émettre, par conversion d’une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente (101 ), un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission des particules de conversion (107) comprise dans l’ultraviolet et strictement supérieure à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ). characterized in that the conversion particles (107) are configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light emitting diode (101), electromagnetic radiation according to an emission wavelength of the particles conversion (107) included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light emitting diode (101).
2. Dispositif optoélectronique (100) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ) est choisie dans l’ultraviolet C, et en ce que la longueur d’onde d’émission des particules de conversion (107) est choisie dans l’ultraviolet A. 2. Optoelectronic device (100) according to claim 1, characterized in that the emission wavelength of the light-emitting diode (101) is chosen in the ultraviolet C, and in that the wavelength of emission of the conversion particles (107) is chosen in ultraviolet A.
3. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif optique (102) a la forme d’un dôme, d’un cône ou d’une pyramide. 3. Optoelectronic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical device (102) has the shape of a dome, a cone or a pyramid.
4. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications4. Optoelectronic device (100) according to any one of the claims
1 à 2, caractérisé en ce que le dispositif optique (102) comporte une pluralité de structures (106), ces structures (106) étant agencées sur la face d’émission (103) de la diode électroluminescente (101 ), chacune des structures (106) comportant une partie des particules transparentes (104). 1 to 2, characterized in that the optical device (102) comprises a plurality of structures (106), these structures (106) being arranged on the emission face (103) of the light-emitting diode (101), each of the structures (106) comprising a part of the transparent particles (104).
5. Dispositif optoélectronique (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les structures (106) comportent chacune une partie des particules de conversion (107). 5. Optoelectronic device (100) according to the preceding claim, characterized in that the structures (106) each comprise a part of the conversion particles (107).
6. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le dispositif optique (102) comporte un élément optique (105) et des structures (106), les structures (106) étant agencées sur la face d’émission (103) de la diode électroluminescente (101 ), l’élément optique (105) étant agencé sur les structures (106), et en ce que : 6. Optoelectronic device (100) according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the optical device (102) comprises an optical element (105) and structures (106), the structures (106) being arranged on the emission face (103) of the light-emitting diode (101), the optical element (105) being arranged on the structures (106), and in that:
• l’élément optique (105) comporte les particules de conversion (107), les particules transparentes (104) étant réparties de telle sorte que : • the optical element (105) comprises the conversion particles (107), the transparent particles (104) being distributed so that:
¨ les structures (106) comportent chacune des particules transparentes (104), et ¨ the structures (106) each comprise transparent particles (104), and
¨ l’élément optique (105) comporte des particules transparentes (104), ou ¨ the optical element (105) comprises transparent particles (104), or
• les particules de conversion (107) sont réparties de sorte que les structures (106) comportent chacune des particules de conversion (107), les particules transparentes (104) étant réparties de sorte que l’élément optique (105) comporte des particules transparentes (104) et que les structures (106) comportent des particules transparentes (104), ou • the conversion particles (107) are distributed so that the structures (106) each comprise conversion particles (107), the transparent particles (104) being distributed so that the optical element (105) comprises transparent particles (104) and that the structures (106) comprise transparent particles (104), or
• les structures (106) comportent uniquement les particules de conversion (107) et l’élément optique (105) comporte les particules transparentes (104). • the structures (106) comprise only the conversion particles (107) and the optical element (105) comprises the transparent particles (104).
7. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules transparentes (104) sont chacune en nitrure d’aluminium. 7. Optoelectronic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the transparent particles (104) are each made of aluminum nitride.
8. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de conversion (107) sont chacune en nitrure de gallium. 8. Optoelectronic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the conversion particles (107) are each made of gallium nitride.
9. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des particules transparentes (104) présente une taille strictement inférieure à l/( 2 c n), avec n l’indice optique du matériau des particules transparentes (104), et l la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ). 9. Optoelectronic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the transparent particles (104) has a size strictly less than l / (2 c n), with n the optical index of the material of the transparent particles (104), and l the emission wavelength of the light-emitting diode (101).
10. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des particules de conversion (107) présente une taille strictement inférieure à l/( 2 c ni), avec n\ l’indice optique du matériau des particules de conversion (107), et l la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ). 10. Optoelectronic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the conversion particles (107) has a size strictly less than l / (2 c ni), with n \ the optical index of material of the conversion particles (107), and l the emission wavelength of the light-emitting diode (101).
11. Dispositif optoélectronique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cohésion du dispositif optique (102) est assurée par des liaisons van der Waals. 11. Optoelectronic device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cohesion of the optical device (102) is ensured by van der Waals links.
12. Procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique (100) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : 12. Method of manufacturing an optoelectronic device (100) according to claim 1, characterized in that it comprises the following steps:
• une étape de fourniture de la diode électroluminescente (101 ), · une étape de formation du dispositif optique (102) comportant : • a step of supplying the light-emitting diode (101), · a step of forming the optical device (102) comprising:
¨ une étape de dépôt d’une solution (109) au moins au- dessus de la face d’émission (103) de la diode électroluminescente (101 ), ladite solution (109) comportant un solvant et au moins une partie des particules transparentes (104), ¨ a step of depositing a solution (109) at least above the emission face (103) of the light-emitting diode (101), said solution (109) comprising a solvent and at least part of the transparent particles (104),
¨ une étape d’évaporation du solvant de la solution (109) déposée pour former au moins une partie du dispositif optique (102). ¨ a step of evaporating the solvent from the solution (109) deposited to form at least part of the optical device (102).
13. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que : • la solution (109) déposée au moins au-dessus de la face d’émission (103) est une première solution comportant une première partie des particules transparentes (104) du dispositif optique (102) à former,13. Manufacturing process according to the preceding claim, characterized in that: The solution (109) deposited at least above the emission face (103) is a first solution comprising a first part of the transparent particles (104) of the optical device (102) to be formed,
• l’étape de formation du dispositif optique (102) comporte une étape de mise en forme de la première solution (109) déposée, The step of forming the optical device (102) includes a step of shaping the first solution (109) deposited,
• il résulte de l’étape de mise en forme de la première solution (109) déposée et de l’étape d’évaporation du solvant de la première solution (109) déposée, une formation d’une première partie du dispositif optique (102) comportant des structures (106), • it results from the step of shaping the first solution (109) deposited and from the step of evaporation of the solvent from the first solution (109) deposited, a formation of a first part of the optical device (102 ) comprising structures (106),
· l’étape de formation du dispositif optique (102) comporte : · The step of forming the optical device (102) comprises:
¨ une étape de dépôt d’une deuxième solution (112) sur les structures (106) en vue de former une deuxième partie du dispositif optique (102), la deuxième solution (112) comportant un solvant et une deuxième partie des particules transparentes (104) du dispositif optique (102) à former, ¨ a step of depositing a second solution (112) on the structures (106) in order to form a second part of the optical device (102), the second solution (112) comprising a solvent and a second part of the transparent particles ( 104) of the optical device (102) to be formed,
¨ une étape d’évaporation du solvant de la deuxième solution (112) déposée pour former la deuxième partie du dispositif optique (102), ¨ a step of evaporation of the solvent from the second solution (112) deposited to form the second part of the optical device (102),
• la première solution (109), ou la deuxième solution (112), comporte des particules de conversion (107) configurées de sorte à émettre, par conversion d’une partie du rayonnement électromagnétique émis par la diode électroluminescente (101 ), un rayonnement électromagnétique selon une longueur d’onde d’émission des particules de conversion (107) comprise dans l’ultraviolet et strictement supérieure à la longueur d’onde d’émission de la diode électroluminescente (101 ). • the first solution (109), or the second solution (112), comprises conversion particles (107) configured so as to emit, by conversion of part of the electromagnetic radiation emitted by the light-emitting diode (101), electromagnetic according to an emission wavelength of the conversion particles (107) included in the ultraviolet and strictly greater than the emission wavelength of the light-emitting diode (101).
EP19868180.1A 2018-11-30 2019-11-26 Optoelectronic device having an ultraviolet light-emitting diode, on which an optical device is arranged Withdrawn EP3888141A1 (en)

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