WO2014072255A1 - Konvertermaterial, verfahren zur herstellung eines konvertermaterials und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Konvertermaterial, verfahren zur herstellung eines konvertermaterials und optoelektronisches bauelement Download PDF

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    • H10H20/8513—Wavelength conversion materials having two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • Converter material method for producing a
  • Optoelectronic component specified with a converter material Optoelectronic component specified with a converter material.
  • Converter materials are described, for example, in the following publications: DE 10 2011 113 962, C. Dang et al. "A wafer-level integrated white light emitting diode incorporating colloidal quantum dots as a nanocomposite luminescent material", Advanced Materials, 2012, published online (DOI: 10.1002 / adma .201202354).
  • Component can be specified with such a converter material.
  • a converter material has a porous inorganic
  • the nanoparticles preferably give the converter material wavelength-converting
  • the nanoparticles are preferably suitable for converting electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of the second wavelength range.
  • inorganic matrix material is particularly preferably free of wavelength-converting properties.
  • Matrix material can be introduced several different types of nanoparticles.
  • the inorganic nanoparticles in direct contact with the surface of the inorganic
  • the nanoparticles are particularly preferably in direct contact with the inorganic matrix material.
  • heat removal from the nanoparticles during use of the converter material is advantageously enhanced over nanoparticles in a resin.
  • the improved heat removal from the nanoparticles advantageously results in an increased stable conversion efficiency. Due to the arrangement of the nanoparticles in the pores of the inorganic matrix material, the aggregate formation of the nanoparticles among themselves can be advantageously prevented to a large extent, as they are more pure when used
  • Nanoparticles usually take place.
  • the pores of the inorganic matrix material are usually voids in the inorganic
  • the cavities may be ordered or disordered in the inorganic matrix material.
  • the pores of the inorganic matrix material have an average
  • Matrix material can be determined, for example, by one of the following methods: water porosimetry,
  • the inorganic matrix material is characterized, inter alia, by its overall porosity.
  • Total porosity is the ratio of the volume of the pores to the total volume of the inorganic matrix material.
  • the total porosity of the inorganic matrix material is hereby made up of the open porosity and the closed porosity
  • the open porosity here denotes the ratio between the volume of the pores, the with each other and with the surrounding the matrix material
  • the closed porosity denotes the ratio of the volume of the closed pores of the inorganic matrix material to the total volume of the inorganic matrix material.
  • the inorganic matrix material preferably has an open porosity between 0.05 and 0.75 inclusive. Particularly preferably, the inorganic
  • Matrix material has an open porosity between 0.1 and 0.3 inclusive.
  • the pores of the inorganic matrix material have an average diameter of between 50 nanometers and 1000 nanometers inclusive.
  • Such inorganic materials are also called mesoporous inorganic
  • the inorganic matrix material may comprise, for example, an oxide of one of the following materials or an oxide of a mixture of the following materials: silicon, aluminum, tantalum, titanium, zirconium, cerium, tin, niobium. It is also possible that the inorganic matrix material consists of an oxide of these materials or of an oxide of a mixture of these materials.
  • the inorganic nanoparticles may for example comprise one of the following materials or consist of one of the following materials: zinc sulfide, cadmium sulfide, zinc selenide, zinc oxide, cadmium selenide, cadmium oxide,
  • the inorganic nanoparticles have a diameter between and including 1 nanometer and
  • the inorganic nanoparticles have a diameter of between 2 nanometers and 10 nanometers inclusive.
  • each nanoparticle can have an organic outer shell, which usually forms the outer surface of the nanoparticle.
  • the outer shell has, for example
  • the organic material that is phosphate or sulfide based.
  • the organic outer shell is intended to at least reduce agglomeration of the nanoparticles.
  • the above values for the diameter of the nanoparticles are understood as values for the diameter without the organic outer shell.
  • the inorganic nanoparticles can also be core-shell nanoparticles.
  • Core-shell nanoparticles Core-shell
  • Nanoparticles usually have a core surrounded by a shell.
  • the core and the shell are usually made of two different materials.
  • the core is preferably one
  • the core generally has wavelength-converting properties, that is, the core is usually suitable for electromagnetic radiation of the first wavelength range in electromagnetic radiation of the second
  • the shell of the core-shell nanoparticles for example, also a semiconductor material, in particular a III-V semiconductor material, have or from such a
  • Material exist.
  • one of the following materials is suitable for the shell: zinc sulfide, zinc selenide, zinc oxide.
  • the nanoparticles are each arranged at a distance from one another on the surface of the pores.
  • a partial area of the surface of the pores is exposed between the nanoparticles and is not covered with nanoparticles. It is at this point on it
  • Nanoparticles are in direct contact with each other. More preferably, at least 95% of the nanoparticles are spaced apart on the surface of the pores.
  • a further large number of nanoparticles is applied on the surface of the pores, which are suitable for
  • the inorganic matrix material is of another variety Loaded nanoparticles whose wavelength-converting
  • the one nanoparticles are suitable for converting blue light of the first wavelength range into green light of the second wavelength range, while the further nanoparticles are suitable for converting blue light of the first wavelength range into red light of the third wavelength range.
  • the first wavelength range, the second wavelength range and the third wavelength range are particularly preferably different from one another, wherein it is not precluded that the wavelength ranges partially overlap.
  • the first wavelength range may, for example, comprise blue light or be formed of blue light.
  • the second wavelength range may include, for example, yellow light or be formed of yellow light.
  • Converter material can be generated, which emits white light when excited with blue light, which is emitted for example by a semiconductor body.
  • the nanoparticles are only on the surface of the pores
  • the volume range of the pores is free of the nanoparticles.
  • the volume area of the pores is filled with air.
  • the converter material can be present for example as a multiplicity of converter particles.
  • the converter particles have a diameter between 1 micron and 50 microns inclusive.
  • it is also possible that the converter particles have a
  • Converter particles with a diameter of between 20 nanometers and 1000 nanometers inclusive in particular advantageously have a low scattering of light. If the converter material is in the form of converter particles, this has the advantage that the
  • Converter material can be further processed by one of the following methods: casting, printing,
  • electrophoretic deposition spray coating, molding, sol-gel process.
  • the converter particles are usually first in a resin, such as a silicone, an epoxy or a mixture of these materials, introduced and then processed.
  • a resin such as a silicone, an epoxy or a mixture of these materials.
  • the mixture may contain, in addition to the resin and the converter particles, other substances which are usually used in each case
  • Converter particles are usually positioned around a semiconductor body and then cured.
  • the semiconductor body arranged in a cavity which is filled with the mixture of resin and converter particles.
  • the mixture of resin and converter particles can also be further processed by printing, in particular by screen printing.
  • screen printing the mixture of resin and
  • Converter particles usually with the help of a sieve in a desired shape, for example in the form of
  • Radiation exit surface of a semiconductor body are applied, for example by a pick-and-place method.
  • the mixture with the resin and the converter particles usually further comprises an organic solvent, which is sprayed on a desired surface, such as a glass
  • Converter particles introduced into an electrophoresis bath The converter particles carry electrical charges on their surface in the electrophoresis bath. Also, the surface on which the converter particles are to be deposited is provided in the electrophoresis bath. Subsequently, the converter particles are so by applying an electrical voltage to the Elektrophoresebad
  • the converter particles deposited in a layer are produced with the aid of a binder, for example an organic resin,
  • the converter particles are usually introduced into a sol, from which a gel is formed by aging.
  • the gel is usually made by sintering into a ceramic or a jar
  • Platelets be formed as a dome-shaped platelets or platelets with an open space of any shape.
  • Such a converter material particularly preferably comprises an inorganic matrix material which may be in the form of flat platelets, dome-shaped platelets or platelets according to a Open space is formed of any shape and its
  • a converter material which is formed as platelets, regardless of whether the platelet is flat, dome-shaped or formed according to a free surface of any shape, preferably has a thickness of between 10 microns inclusive and 1 millimeter. More preferably, such a converter material has a thickness between 50 microns inclusive and 200 inclusive
  • a converter material which is designed as a flat plate, for example, can be provided on the
  • a main surface of the planar plate has the same or a similar shape of the radiation exit surface of the semiconductor body.
  • the planar plate has the same or a similar shape of the radiation exit surface of the semiconductor body.
  • Platelet may be formed as a rectangle or as a square, wherein a recess is provided for a bonding pad of the semiconductor body.
  • the recess for the bonding pad is in this case preferably arranged in a corner of the rectangle or the square.
  • a converter material which is formed as a dome-shaped plate, particularly preferably has a dome-shaped shape with a round base, for example one
  • Such a converter material may, for example, be the side length of a rectangle or a square, to which the base area is inscribed.
  • the dome-shaped converter material is furthermore preferably rotationally symmetrical to a rotational axis.
  • the edge length of such a conversion material may also be the axis section on the axis of rotation, which corresponds to the height of the dome.
  • a converter material having a main surface corresponding to an open space of any shape is preferably formed rotationally symmetrical to a rotation axis. Furthermore, it is additionally or alternatively also possible for a base area of the converter material in the form of the free area to be point-symmetrical.
  • edge length of a conversion material which is present as a platelet with an open surface of any desired shape may, for example, be used to denote the side length of a rectangle or a square in which the base surface is written in. Furthermore, the section on an axis of rotation, that of height the free surface corresponds, be referred to as the edge length of the conversion material.
  • a method for producing a converter material preferably comprises the following steps:
  • the nanoparticles can be adsorbed from a solvent on the surface of the pores.
  • a suspension of the nanoparticles in the solvent is preferably first formed.
  • the suspension can also have more
  • Matrix material introduced into the suspension For example, the inorganic matrix material is bathed in the suspension.
  • nanoparticles particularly preferably fill the pores of the inorganic matrix material as completely as possible.
  • the nanoparticles in the solvent usually adsorb on the surface of the pores over time. After adsorbing the nanoparticles on the surface of the pores, the solvent is removed again from the pores,
  • the nanoparticles adsorb on the surface of the pores during the drying process.
  • the nanoparticles are in the
  • Solvent molecules thus prevent aggregation of the nanoparticles among themselves. Furthermore, with a
  • the nanoparticles can be achieved on the surface of the pores of the finished converter material.
  • the nanoparticles in the solvent have a concentration not greater than 150 mg / ml.
  • Solvent a concentration not greater than 10 mg / ml.
  • a solvent for example, one of the following substances can be used: toluene, xylene, pentane.
  • An optoelectronic component comprises in particular:
  • a converter material which is suitable for at least partially converting the radiation of the first wavelength range which is emitted by the semiconductor body into electromagnetic radiation of the second wavelength range.
  • Converter material suitable to be used in combination with a semiconductor body, wherein the
  • Semiconductor body is used to blue light
  • Component may have a plurality of different converter materials.
  • the converter material is particularly preferably in the beam path of the semiconductor body.
  • the converter material is preferably arranged downstream of the semiconductor body in its emission direction.
  • the converter material is in direct contact with the semiconductor body, especially
  • Radiation exit surface of the semiconductor body arranged.
  • Platelets be formed as a dome-shaped platelets or platelets with an open space of any shape and be spaced from the semiconductor body in the beam path of the semiconductor body to be arranged. Further advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the embodiments described below in conjunction with the figures.
  • FIGS. 5 and 6 each show a schematic
  • Sectional view of a converter material according to one embodiment.
  • FIGS. 7 to 11 show schematic sectional representations of an optoelectronic component according to various exemplary embodiments.
  • inorganic nanoparticles 1 provided in a solvent 2, wherein the nanoparticles 1 are suitable for electromagnetic radiation of a first
  • Wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range to convert ( Figure 1).
  • the nanoparticles 1 and the solvent 2 usually form a suspension.
  • the nanoparticles 1 are in this case suitable for converting electromagnetic radiation of a first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range.
  • the nanoparticles 1 have, for example, a diameter between
  • the nanoparticles 1 may comprise one of the following materials or consist of one of the following materials: zinc sulfide, cadmium sulfide, zinc selenide, zinc oxide, cadmium selenide, cadmium oxide, indium phosphide,
  • the nanoparticles 1 may also be core-shell nanoparticles.
  • the solvent 2 for example, toluene, xylene or pentane is suitable.
  • the nanoparticles 1 are particularly preferably diluted in the solvent 2.
  • the nanoparticles 1 in the solvent 2 preferably have a concentration which is not greater than 10 mg / ml.
  • porous inorganic matrix material 3 having a plurality of pores 4 is provided.
  • Matrix material 4 as a particle, preferably a
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a detail of one of the particles of FIG. 2 and in particular an enlargement of the pores 4 of the inorganic one
  • Matrix material for example, have a middle
  • an inorganic matrix material 3 is also suitable whose pores 4 are larger and, for example, have an average diameter of between 50 nm and 1000 nm inclusive (FIG. 3).
  • the particles of the inorganic porous matrix material 3 are bathed in the suspension with the nanoparticles 1, for example.
  • the particles of the inorganic porous matrix material 3 are bathed in the suspension with the nanoparticles 1, for example.
  • the suspension particularly preferably fills the pores 4 of the particles of the inorganic
  • Matrix material 3 as completely as possible.
  • the nanoparticles 1 can now adsorb on a surface of the pores 4. Subsequently, the solvent 2 is removed again from the pores 4, for example by a
  • FIG. 5 shows schematically a converter material 5 which is produced as the end product of the method according to the exemplary embodiment of FIGS. 1 to 4.
  • the converter material 5 according to the exemplary embodiment of FIG. 5 is designed as a converter particle and has a porous inorganic matrix material 3. On the
  • Surface of the pores 4 of the inorganic matrix material 3 is a plurality of inorganic nanoparticles 1
  • the nanoparticles 1 are arranged only on the surface of the pores 4, while a volume region of the pores 4 is free of the nanoparticles 1.
  • the volume region of the pores 4 is filled with air.
  • the nanoparticles 1 are in this case spaced apart on the surface of the pores 4 applied. In other words, the vast majority of nanoparticles 1 are not in direct contact with each other.
  • the converter material 5 according to the exemplary embodiment of FIG. 6 has a further multiplicity of nanoparticles 1 'on the surface of the pores 4 of FIG.
  • the nanoparticles 1, 1 ' are arranged only on the surface of the pores 4, while a
  • Volume range is free of nanoparticles 1, 1 '.
  • the further plurality of nanoparticles 1 ' is suitable for electromagnetic radiation of the first wavelength range in electromagnetic radiation of a third
  • the first, the second and the third wavelength range are different from each other.
  • the first wavelength range particularly preferably comprises blue light or is formed from blue light
  • the second wavelength range particularly preferably has green light or is formed from green light.
  • the third Wavelength range particularly preferably comprises red light or is formed of red light.
  • the converter material 5 is according to the
  • Embodiment of Figure 6 suitable for converting blue light emitted by a semiconductor body (not shown) partially in green light and partially in red light, while another part of the blue light passes through the converter material 5 unconverted.
  • a converter material 5 is particularly suitable in
  • Embodiment of Figure 7 has a component housing 6 with a recess 7. On a bottom of the recess 7, a semiconductor body 8 is mounted, which is adapted to emit blue light from a radiation exit surface 9 during operation. The semiconductor body 8 is still
  • the recess 7 of the component housing 6 is provided with a
  • the potting 11 comprises an organic resin, for example a silicone or an epoxide or a mixture of these two materials, into which the particulate converter material 5, as has already been described with reference to FIGS. 5 and 6, is introduced. If converter particles 5 with a type of nanoparticles 1 are introduced into the encapsulation, as described for example with reference to FIG. 5, then these are suitable, for example, for the blue radiation of the semiconductor body 8 coming from the latter Radiation exit surface 9 is emitted, partially convert it into yellow radiation.
  • the optoelectronic component emits mixed-colored white light, the converted yellow light of the second wavelength range, and
  • converter particles 5 with two types of nanoparticles 1, 1 ' are contained in the encapsulation 11, as described, for example, with reference to FIG. 6, then one type of nanoparticles 1 is suitable, for example, for the blue radiation of the
  • Semiconductor body 8 which is emitted from the radiation exit surface 9, partially convert into green radiation, while the other type of nanoparticles 1 'is adapted to partially convert the blue radiation of the semiconductor body 8 into red radiation. Another part of the blue radiation of the semiconductor body 8 passes through the potting 11
  • the optoelectronic component then emits mixed-colored white light, the converted green and red light of the second and the third wavelength range, and unconverted blue light of the first one
  • Wavelength range includes.
  • Embodiment of Figure 8 also includes
  • Component housing 6 with a recess 7, on the bottom of a radiation-emitting semiconductor body 8 is mounted.
  • the semiconductor body 8 is in turn suitable for the operation of electromagnetic radiation of a first
  • a converter material 5 which is adapted to convert radiation of the first wavelength range into radiation of a second wavelength range.
  • the converter material 5 is in the beam path of the
  • Semiconductor body 8 is arranged. The radiation of the
  • Semiconductor body 8 passes substantially completely through the converter material 5.
  • the converter material 5 like the converter materials 5 according to FIGS. 5 and 6, has pores on the surface of which a multiplicity of nanoparticles 1 are applied (not shown).
  • the nanoparticles 1 give the
  • the nanoparticles 1 are suitable for electromagnetic radiation of the first
  • Wavelength range into electromagnetic radiation of the second wavelength range to convert.
  • the converter material 5 is formed here as a flat plate.
  • the planar plate fills an upper opening 12 of the recess 7 of the component housing 7 preferably
  • Converter wafer 5 most preferably has a thickness of between 10 microns and 1 millimeter inclusive.
  • the geometric shape of a main surface of the flat plate 5 is preferably in accordance with the geometric shape of
  • Opening 12 of the recess 7 is formed.
  • the opening 12 may be rectangular or square.
  • the converter plate 5 is preferably rectangular or square.
  • a side of the square or the rectangle is particularly preferably between 50 microns inclusive and
  • Semiconductor body 8 is applied.
  • the semiconductor body 8 is in turn suitable for electromagnetic radiation of a first wavelength range in electromagnetic
  • the optoelectronic component comprises
  • Converter particles 5 as they have already been described for example with reference to the figures 5 or 6.
  • the converter particles 5 are in this case introduced into a resin, which is likewise designed in the form of a flat plate.
  • the resin-based converter plate is in the beam path of the semiconductor body
  • Embodiment of Figure 10 includes a carrier 13, on which a radiation-emitting semiconductor body. 8
  • the semiconductor body 8 is suitable for electromagnetic radiation of a first
  • the optoelectronic component comprises a dome-shaped converter material 5, which is applied to the carrier 13.
  • the dome-shaped converter material 5 in this case surrounds the semiconductor body 8 and is designed and positioned such that it is at least predominantly in the
  • the dome-shaped converter material 5 may, for example, a dome-shaped inorganic matrix material 3 with a
  • Embodiment of Figure 11 includes as the
  • a carrier 13 on which a radiation-emitting semiconductor body 8 is applied and a dome-shaped converter element.
  • the dome-shaped converter element is resin-based, as in the case of the optoelectronic component according to FIG.
  • the dome-shaped converter element in the optoelectronic component according to FIG. 11 has converter particles 5, as have already been described, for example, in connection with FIGS. 5 and 6, which are in a dome-shaped manner
  • Converter element can be produced for example by Molden.

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Abstract

Es wird ein Konvertermaterial (5) mit einem porösen anorganischen Matrixmaterial (3) angegeben, das eine Vielzahl an Poren (4) aufweist, auf deren Oberfläche eine Vielzahl an anorganischen Nanopartikeln (1, 1') aufgebracht ist. Die Nanopartikel (1, 1') sind dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Konvertermaterials und ein optoelektronisches Bauelement mit einem solchen Konvertermaterial angegeben.

Description

Beschreibung
Konvertermaterial, Verfahren zur Herstellung eines
Konvertermaterials und optoelektronisches Bauelement
Es werden ein Konvertermaterial, ein Verfahren zur
Herstellung eines Konvertermaterials und ein
optoelektronisches Bauelement mit einem Konvertermaterial angegeben .
Konvertermaterialien sind beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben: DE 10 2011 113 962, C. Dang et al . , "A wafer-level integrated white light emitting diode incorporating colloidal quantum dots as a nanocomposite luminescent material", Advanced Materials, 2012, published online (DOI: 10.1002 /adma .201202354 ) .
Es soll ein Konvertermaterial mit anorganischen
lichtkonvertierenden Nanopartikeln mit einer geringen
Temperaturabhängigkeit der Konversionseffizienz angegeben werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Konvertermaterials und ein optoelektronisches
Bauelement mit einem derartigen Konvertermaterial angegeben werden .
Diese Aufgaben werden durch ein Konvertermaterial mit den Merkmalen des Anspruches 1, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 15 und durch ein
optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruch 19 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des Konvertermaterials, des Verfahren und des optoelektronischen Bauelements sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben .
Ein Konvertermaterial weist ein poröses anorganisches
Matrixmaterial mit einer Vielzahl an Poren auf. Auf den
Oberflächen der Poren ist eine Vielzahl an anorganischen Nanopartikeln aufgebracht. Die Nanopartikel verleihen dem Konvertermaterial bevorzugt wellenlängenkonvertierende
Eigenschaften. Mit anderen Worten sind die Nanopartikel bevorzugt dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Das
anorganische Matrixmaterial ist besonders bevorzugt frei von wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften .
Es versteht sich von selbst, dass nicht nur eine einzige Sorte an Nanopartikeln von dem Konvertermaterial umfasst sein kann, sondern dass in die Poren des anorganischen
Matrixmaterials mehrere voneinander verschieden Sorten an Nanopartikeln eingebracht sein können.
Besonders bevorzugt sind die anorganischen Nanopartikel in direktem Kontakt auf die Oberfläche des anorganischen
Matrixmaterials aufgebracht. Mit anderen Worten stehen die Nanopartikel besonders bevorzugt in direktem Kontakt mit dem anorganischen Matrixmaterial. Auf diese Art und Weise ist die Wärmeabfuhr von den Nanopartikeln während des Einsatzes des Konvertermaterials mit Vorteil gegenüber Nanopartikeln in einem Harz verbessert. Die verbesserte Wärmeabfuhr von den Nanopartikeln hat vorteilhafterweise eine erhöhte stabile Konversionseffizienz zur Folge. Durch die Anordnung der Nanopartikel in den Poren des anorganischen Matrixmaterials kann weiterhin mit Vorteil die Aggregatbildung der Nanopartikel untereinander überwiegend verhindert werden, wie sie bei der Verwendung reiner
Nanopartikel in der Regel stattfindet.
Bei den Poren des anorganischen Matrixmaterials handelt es sich in der Regel um Hohlräume in dem anorganischen
Matrixmaterial. Die Hohlräume können geordnet oder ungeordnet in dem anorganischen Matrixmaterial ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Konvertermaterials weisen die Poren des anorganischen Matrixmaterials einen mittleren
Durchmesser zwischen einschließlich 2 Nanometer und
einschließlich 50 Nanometer auf. Derartige anorganische
Materialien werden auch als mesoporöse anorganische
Materialien bezeichnet.
Der mittlere Durchmesser der Poren des anorganischen
Matrixmaterials kann beispielsweise mit einer der folgenden Methoden bestimmt werden: Wasserporosimetrie,
Quecksilberporosimetrie, Gasadsorption oder optische
Methoden, wie beispielsweise die Bestimmung mittels eines Mikroskops .
Das anorganische Matrixmaterial ist beispielsweise unter anderem durch seine Gesamtporosität gekennzeichnet. Die
Gesamtporosität ist das Verhältnis von dem Volumen der Poren zu dem Gesamtvolumen des anorganischen Matrixmaterials. Die Gesamtporosität des anorganischen Matrixmaterials setzt sich hierbei aus der offenen Porosität und der geschlossenen
Porosität zusammen. Die offene Porosität bezeichnet hierbei das Verhältnis zwischen dem Volumen der Poren, die untereinander und mit dem das Matrixmaterial umgebenden
Medium in Kontakt stehen, zu dem Gesamtvolumen des
anorganischen Matrixmaterials. Die geschlossene Porosität hingegen bezeichnet das Verhältnis aus dem Volumen der abgeschlossenen Poren des anorganischen Matrixmaterials zu dem Gesamtvolumen des anorganischen Matrixmaterials.
Das anorganische Matrixmaterial weist bevorzugt eine offene Porosität zwischen einschließlich 0,05 und einschließlich 0,75 auf. Besonders bevorzugt weist das anorganische
Matrixmaterial eine offene Porosität zwischen einschließlich 0,1 und einschließlich 0,3 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Konvertermaterials weisen die Poren des anorganischen Matrixmaterials einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 50 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer auf. Derartige anorganische Materialien werden auch als mesoporöse anorganische
Materialien bezeichnet.
Das anorganische Matrixmaterial kann beispielsweise ein Oxid eines der folgenden Materialien oder ein Oxid einer Mischung der folgenden Materialien aufweisen: Silizium, Aluminium, Tantal, Titan, Zirkonium, Cer, Zinn, Niob. Es ist auch möglich, dass das anorganische Matrixmaterial aus einem Oxid dieser Materialien oder aus einem Oxid einer Mischung dieser Materialien besteht.
Die anorganischen Nanopartikel können beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Zinksulfid, Kadmiumsulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, Kadmiumselenid, Kadmiumoxid,
Indiumphosphid, Kupferindiumsulfid, Bleisulfid. Die anorganischen Nanopartikel weisen beispielsweise einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Nanometer und
einschließlich 50 Nanometer auf. Besonders bevorzugt weisen die anorganischen Nanopartikel einen Durchmesser zwischen einschließlich 2 Nanometer und einschließlich 10 Nanometer auf .
Weiterhin kann jedes Nanopartikel eine organische Außenhülle aufweisen, die in der Regel die Außenfläche des Nanopartikel ausbildet. Die Außenhülle weist beispielsweise ein
organisches Material auf, das Phosphat- oder Sulfid-basiert ist. Die organische Außenhülle ist dazu vorgesehen, ein agglomerieren der Nanopartikel zumindest zu verringern. Die oben genannten Werte für den Durchmesser der Nanopartikel verstehen sich als Werte für den Durchmesser ohne die organische Außenhülle.
Weiterhin kann es sich bei den anorganischen Nanopartikeln auch um Core-Shell-Nanopartikel handeln. Core-Shell-
Nanopartikel weisen in der Regel einen Kern (Core) auf, der von einer Hülle (Shell) umgeben ist. Der Kern und die Hülle sind hierbei in der Regel aus zwei verschiedenen Materialien gebildet. Der Kern ist bevorzugt aus einem
Halbleitermaterial, beispielsweise einem III-V-
Halbleitermaterial wie Indiumphosphid, gebildet. Der Kern weist in der Regel wellenlängenkonvertierende Eigenschaften auf, das heißt, der Kern ist in der Regel dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs umzuwandeln . Die Hülle der Core-Shell-Nanopartikel kann beispielsweise ebenfalls ein Halbleitermaterial, insbesondere ein III-V- Halbleitermaterial , aufweisen oder aus einem derartigen
Material bestehen. Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien für die Hülle geeignet: Zinksulfid, Zinkselenid, Zinkoxid .
Besonders bevorzugt sind die Nanopartikel jeweils beabstandet voneinander auf der Oberfläche der Poren angeordnet. Mit anderen Worten liegt zwischen den Nanopartikeln jeweils ein Teilbereich der Oberfläche der Poren frei und ist nicht mit Nanopartikeln bedeckt. Es sei an dieser Stelle darauf
hingewiesen, dass es in der Regel lediglich technisch machbar ist, dass ein möglichst großer Teil der Nanopartikel
beabstandet voneinander auf der Oberfläche der Poren
angeordnet ist, während ein sehr kleiner Teil der
Nanopartikel in direktem Kontakt miteinander steht. Besonders bevorzugt sind mindestens 95 % der Nanopartikel beabstandet voneinander auf der Oberfläche der Poren angeordnet.
Durch die beabstandete Anordnung der Nanopartikel auf der Oberfläche der Poren kann insbesondere eine Verringerung der Konversionseffizienz der Nanopartikel aufgrund von
Konzentrationsquenchen der Nanopartikel untereinander
zumindest verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Konvertermaterials ist auf der Oberfläche der Poren eine weitere Vielzahl an Nanopartikeln aufgebracht, die dazu geeignet sind,
elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Mit anderen Worten ist das anorganische Matrixmaterial mit einer weiteren Vielzahl an Nanopartikel beladen, deren wellenlängenkonvertierende
Eigenschaften von den wellenlängenkonvertierenden
Eigenschaften der anderen Vielzahl an Nanopartikeln
verschieden ist. Beispielsweise sind die einen Nanopartikel dazu geeignet, blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs in grünes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln, während die weiteren Nanopartikel dazu geeignet sind, blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs in rotes Licht des dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Der erste Wellenlängenbereich, der zweite Wellenlängenbereich und der dritte Wellenlängenbereich sind besonders bevorzugt verschieden voneinander, wobei hierbei nicht ausgeschlossen ist, dass die Wellenlängenbereiche teilweise überlappen.
Der erste Wellenlängenbereich kann beispielsweise blaues Licht umfassen oder aus blauem Licht gebildet sein. Der zweite Wellenlängenbereich kann beispielsweise gelbes Licht umfassen oder aus gelbem Licht gebildet sein. Insbesondere wenn das Konvertermaterial zwei verschiedene Sorten an
Nanopartikeln aufweist, so umfasst der zweite
Wellenlängenbereich besonders bevorzugt grünes Licht oder ist aus grünem Licht gebildet und der dritte Wellenlängenbereich umfasst besonders bevorzugt rotes Licht oder ist aus rotem Licht gebildet. Auf diese Art und Weise kann ein
Konvertermaterial erzeugt werden, das bei der Anregung mit blauem Licht, das beispielsweise von einem Halbleiterköper ausgesandt wird, weißes Licht abstrahlt. Gemäß einer Ausführungsform des Konvertermaterials sind die Nanopartikel lediglich auf der Oberfläche der Poren
angeordnet, während ein Volumenbereich der Poren frei ist von den Nanopartikeln . Beispielsweise ist der Volumenbereich der Poren mit Luft gefüllt.
Das Konvertermaterial kann beispielsweise als eine Vielzahl an Konverterpartikeln vorliegen. Die Konverterpartikel weisen beispielsweise einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer auf. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Konverterpartikel einen
Durchmesser zwischen einschließlich 20 Nanometer und
einschließlich 1000 Nanometer aufweisen. Konverterpartikel mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer weisen insbesondere mit Vorteil eine geringe Streuung von Licht auf. Liegt das Konvertermaterial in Form von Konverterpartikeln vor, so weist dies den Vorteil auf, dass das
Konvertermaterial mittels einer der folgenden Verfahren weiterverarbeitet werden kann: Vergießen, Drucken,
elektrophoretische Abscheidung, Spraycoating, Molding, Sol- Gel-Prozess.
Beim Vergießen, Drucken, Spraycoaten und Molden werden die Konverterpartikel in der Regel zuerst in ein Harz, wie ein Silikon, ein Epoxid oder eine Mischung dieser Materialen, eingebracht und dann weiterverarbeitet. Die Mischung kann neben dem Harz und den Konverterpartikeln weitere Stoffe enthalten, die in der Regel auf das jeweils verwendete
Verfahren zur Weiterverarbeitung abgestimmt sind. Beim Vergießen wird die Mischung aus Harz und
Konverterpartikel in der Regel um einen Halbleiterkörper herum positioniert und dann ausgehärtet. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper in einer Kavität angeordnet, die mit der Mischung aus Harz und Konverterpartikel gefüllt wird.
Die Mischung aus Harz und Konverterpartikeln kann auch durch Drucken, insbesondere durch Siebdrucken, weiterverarbeitet werden. Beim Siebdrucken wird die Mischung von Harz und
Konverterpartikel in der Regel mit Hilfe eines Siebs in einer gewünschten Form, beispielsweise in Form der
Strahlungsaustrittsfläche eines Halbleiterkörpers, auf eine Folie aufgebracht. Anschließend wird das Harz ausgehärtet, so dass ein harzbasiertes Konverterplättchen entsteht. Das fertige harzbasierte Konverterplättchen kann auf der
Strahlungsaustrittsfläche eines Halbleiterkörpers aufgebracht werden, beispielsweise durch ein Pick-and-Place-Verfahren .
Bei dem Verfahren „Spraycoaten" umfasst die Mischung mit dem Harz und den Konverterpartikeln in der Regel weiterhin ein organisches Lösungsmittel. Diese Mischung wird durch Sprühen auf einer gewünschten Fläche, beispielsweise auf einer
Strahlungsaustrittsfläche eines Halbleiterkörpers,
aufgebracht .
Bei dem Verfahren „Molden" wird die Mischung mit dem Harz und den Konverterpartikeln mit Hilfe eines Werkzeugs in die gewünschte Form gebracht.
Bei der elektrophoretischen Abscheidung werden die
Konverterpartikel in ein Elektrophoresebad eingebracht. Die Konverterpartikel tragen in dem Elektrophoresebad elektrische Ladungen auf ihrer Oberfläche. Auch die Oberfläche, auf der die Konverterpartikel abgeschieden werden sollen, wird in dem Elektrophoresebad bereitgestellt . Anschließend werden die Konverterpartikel durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Elektrophoresebad derart
beschleunigt, dass sie sich auf der zu beschichtenden
Oberfläche anlagern. In der Regel bildet hierbei die
Oberfläche, auf der die Konverterpartikel abgeschieden werden, eine Elektrode aus, über die die Spannung an das Elektrophoresebad angelegt wird. Während der Dauer der elektrophoretischen Abscheidung, das heißt, während der Zeit, die die Spannung an das Elektrophoresebad angelegt ist, lagern sich immer mehr Konverterpartikel auf der zu
beschichtenden Oberfläche ab. In der Regel werden die in einer Schicht abgeschiedenen Konverterpartikel mit Hilfe eines Binders, beispielsweise einem organischen Harz,
fixiert .
Zur Weiterverarbeitung mit einem Sol-Gel-Prozess werden die Konverterpartikel in der Regel in ein Sol eingebracht, aus dem durch Altern ein Gel entsteht. Das Gel wird in der Regel durch Sintern zu einer Keramik oder einem Glas
weiterverarbeitet.
Weiterhin kann das Konvertermaterial auch als planes
Plättchen, als kuppeiförmiges Plättchen oder als Plättchen mit einer Freifläche beliebiger Form ausgebildet sein. Eine Kantenlänge des planen Plättchens, des kuppeiförmigen
Plättchens oder des Plättchens mit einer Freifläche
beliebiger Form liegt besonders bevorzugt zwischen
einschließlich 50 Mikrometer und einschließlich 10
Zentimeter .
Ein derartiges Konvertermaterial umfasst besonders bevorzugt ein anorganisches Matrixmaterial, das als planes Plättchen, als kuppeiförmiges Plättchen oder als Plättchen gemäß einer Freifläche beliebiger Form ausgebildet ist und dessen
Porenoberflächen mit den Nanopartikeln beladen, also
teilweise bedeckt, sind. Ein Konvertermaterial, das als Plättchen ausgebildet ist, unabhängig davon, ob das Plättchen plan, kuppeiförmig oder gemäß einer Freifläche beliebiger Form ausgebildet ist, weist bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 10 Mikrometern und einschließlich 1 Millimetern auf. Besonders bevorzugt weist ein derartiges Konvertermaterial eine Dicke zwischen einschließlich 50 Mikrometern und einschließlich 200
Mikrometern auf.
Ein Konvertermaterial, das als planes Plättchen ausgebildet ist, kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, auf die
Strahlungsaustrittsfläche eines Halbleiterkörpers aufgebracht zu werden, der elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs aussendet. Hierbei ist es in der Regel zweckmäßig, wenn eine Hauptfläche des planen Plättchens die gleiche oder eine ähnliche Form der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers aufweist. Beispielsweise ist die
Hauptfläche des planen Plättchens rechteckig oder quadratisch ausgebildet. Weiterhin kann die Hauptfläche des planen
Plättchens als Rechteck oder als Quadrat ausgebildet sein, wobei eine Aussparung für ein Bondpad des Halbleiterkörpers vorgesehen ist. Die Aussparung für das Bondpad ist hierbei bevorzugt in einer Ecke des Rechtecks oder des Quadrats angeordnet . Ein Konvertermaterial, das als kuppeiförmiges Plättchen ausgebildet ist, weist besonders bevorzugt eine kuppeiförmige Form mit einer runden Grundfläche, beispielsweise einem
Kreis, einer Ellipse oder einem Oval auf. Als Kantenlänge eines derartigen Konvertermaterials kann beispielsweise die Seitenlänge eines Rechtecks oder eines Quadrats bezeichnet werden, dem die Grundfläche einbeschrieben ist. Das kuppeiförmige Konvertermaterial ist weiterhin bevorzugt rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse ausgebildet. Als Kantenlänge eines derartigen Konversionsmaterials kann auch der Achsenabschnitt auf der Rotationsachse bezeichnet werden, der der Höhe der Kuppel entspricht.
Auch ein Konvertermaterial, das eine Hauptfläche entsprechend einer Freifläche beliebiger Form aufweist, ist bevorzugt rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse ausgebildet. Weiterhin ist es zusätzlich oder alternativ auch möglich, dass eine Grundfläche des Konvertermaterials in Form der Freifläche punktsymmetrisch ausgebildet ist.
Mit dem Begriff „Kantenlänge" eines Konversionsmaterials, das als Plättchen mit einer Freifläche beliebiger Form vorliegt, kann beispielsweise die Seitenlänge eines Rechtecks oder eines Quadrats bezeichnet werden, in das die Grundfläche einbeschrieben ist. Weiterhin kann auch der Abschnitt auf einer Rotationsachse, der der Höhe der Freifläche entspricht, als Kantenlänge des Konversionsmaterials bezeichnet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Konvertermaterials umfasst bevorzugt die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines porösen anorganischen Matrixmaterials mit einer Vielzahl an Poren,
- Einbringen einer Vielzahl an Nanopartikeln in die Poren, und
- Adsorbieren der Nanopartikel auf einer Oberfläche der
Poren . Beispielsweise können die Nanopartikel aus einem Lösungsmittel auf der Oberfläche der Poren adsorbiert werden. Hierzu wird bevorzugt zuerst eine Suspension der Nanopartikel in dem Lösungsmittel gebildet. Neben den Nanopartikeln und dem Lösungsmittel kann die Suspension auch noch weitere
Stoffe enthalten, wie beispielsweise Hilfsstoffe, die das Aggregieren der Nanopartikel in dem Lösungsmittel verringern. In einem nächsten Schritt wird das anorganische
Matrixmaterial in die Suspension eingebracht. Beispielsweise wird das anorganische Matrixmaterial in der Suspension gebadet. Das Lösungsmittel mit den anorganischen
Nanopartikeln füllt hierbei besonders bevorzugt die Poren des anorganischen Matrixmaterials möglichst vollständig aus. Die Nanopartikel in dem Lösungsmittel adsorbieren hierbei in der Regel im Laufe der Zeit auf der Oberfläche der Poren. Nach dem Adsorbieren der Nanopartikel auf der Oberfläche der Poren wird das Lösungsmittel wieder aus den Poren entfernt,
beispielsweise durch einen Trocknungsprozess . Weiterhin ist es auch möglich, dass die Nanopartikel beim Trocknungsprozess auf der Oberfläche der Poren adsorbieren.
Durch das Einbringen der Nanopartikel über das Lösungsmittel in das poröse Matrixmaterial kann in der Regel mit Vorteil eine Aggregation der Nanopartikel verhindert werden.
Besonders bevorzugt liegen die Nanopartikel in dem
Lösungsmittel verdünnt vor und füllen die Hohlräume des anorganischen Matrixmaterials gleichmäßig zusammen mit den Lösungsmittelmolekülen. Die die Nanopartikel umgebenden
Lösungsmittelmoleküle verhindern so eine Aggregation der Nanopartikel untereinander. Weiterhin kann mit einer
vergleichsweise niedrigen Konzentration an Nanopartikel in dem Lösungsmittel in der Regel eine beabstandete Anordnung der Nanopartikel auf der Oberfläche der Poren des fertigen Konvertermaterials erzielt werden.
Bevorzugt weisen die Nanopartikel in dem Lösungsmittel eine Konzentration auf, die nicht größer als 150 mg/ml ist.
Besonders bevorzugt weisen die Nanopartikel in dem
Lösungsmittel eine Konzentration auf, die nicht größer als 10 mg/ml ist. Als Lösungsmittel kann beispielsweise einer der folgenden Stoffe verwendet werden: Toluol, Xylol, Pentan.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst insbesondere:
- einen Halbleiterkörper, der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet,
- ein Konvertermaterial, das dazu geeignet ist, die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, die von dem Halbleiterkörper ausgesendet wird, zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Insbesondere ist das hier bereits beschriebene
Konvertermaterial dazu geeignet, in Kombination mit einem Halbleiterkörper verwendet zu werden, wobei der
Halbleiterkörper dazu eingesetzt wird, blaues Licht
auszusenden. Dies weist den Vorteil auf, dass die
Nanopartikel, die die Umwandlung der eingestrahlten
elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung zumindest eines anderen
Wellenlängenbereichs bewirken, ein kontinuierliches
Absorptionsspektrum im blauen Spektralbereich aufweisen. Dies hat mit Vorteil zur Folge, dass bei der Herstellung einer Vielzahl an Bauelementen keine Farbortsteuerung des optoelektronischen Bauelements aufgrund abweichender
Emissionsspektren der Halbleiterkörper durchgeführt werden muss .
Es versteht sich von selbst, dass nicht nur eine einzige Sorte Konvertermaterial von dem optoelektronischen Bauelement umfasst sein kann, sondern dass das optoelektronische
Bauelement mehrere unterschiedliche Konvertermaterialien aufweisen kann.
Das Konvertermaterial befindet sich besonders bevorzugt im Strahlengang des Halbleiterkörpers. Mit anderen Worten ist das Konvertermaterial dem Halbleiterkörper bevorzugt in dessen Abstrahlrichtung nachgeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Konvertermaterial in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper, besonders
bevorzugt in direktem Kontakt mit der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers, angeordnet. Beispielsweise kann das Konvertermaterial in Form einer
Schicht direkt auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht sein .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Konvertermaterial räumlich beabstandet von dem
Halbleiterkörper angeordnet (remote-phosphor-Konfiguration) . Beispielsweise kann das Konvertermaterial als planes
Plättchen, als kuppeiförmiges Plättchen oder als Plättchen mit einer Freifläche beliebiger Form ausgebildet sein und beabstandet von dem Halbleiterkörper im Strahlengang des Halbleiterkörpers angeordnet sein. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 4 wird ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Konvertermaterials beschrieben.
Die Figuren 5 und 6 zeigen jeweils eine schematische
Schnittdarstellung eines Konvertermaterials gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 7 bis 11 zeigen schematische Schnittdarstellungen eines optoelektronischen Bauelements gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 wird in einem ersten Schritt eine Vielzahl an
anorganischen Nanopartikeln 1 in einem Lösungsmittel 2 bereitgestellt, wobei die Nanopartikel 1 dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln (Figur 1). Die Nanopartikel 1 und das Lösungsmittel 2 bilden in der Regel eine Suspension aus. Die Nanopartikel 1 sind hierbei dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Die Nanopartikel 1 weisen beispielsweise einen Durchmesser zwischen
einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 50 Nanometern auf. Beispielsweise können die Nanopartikel 1 eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Zinksulfid, Kadmiumsulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, Kadmiumselenid, Kadmiumoxid, Indiumphosphid,
Kupferindiumsulfid, Bleisulfid. Weiterhin kann es sich bei den Nanopartikeln 1 auch um Core-Shell-Nanopartikel handeln.
Als Lösungsmittel 2 ist beispielsweise Toluol, Xylol oder Pentan geeignet. Die Nanopartikel 1 sind besonders bevorzugt verdünnt in dem Lösungsmittel 2 enthalten. Besonders
bevorzugt weisen die Nanopartikel 1 in dem Lösungsmittel 2 eine Konzentration auf, die nicht größer als 10 mg/ml ist.
Weiterhin wird ein poröses anorganisches Matrixmaterial 3 mit einer Vielzahl an Poren 4 bereitgestellt. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt das anorganische
Matrixmaterial 4 als Partikel vor, die bevorzugt einen
Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und
einschließlich 50 Mikrometer aufweisen (Figur 2).
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines der Partikel der Figur 2 und insbesondere eine Vergrößerung der Poren 4 des anorganischen
Matrixmaterials 3. Die Poren 4 des anorganischen
Matrixmaterials weisen beispielsweise einen mittleren
Durchmesser zwischen einschließlich 2 Nanometer und einschließlich 50 Nanometer auf. Weiterhin ist auch ein anorganisches Matrixmaterial 3 geeignet, dessen Poren 4 größer sind und beispielsweise einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 50 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer aufweisen (Figur 3) .
In einem nächsten Schritt wird das Lösungsmittel 2 mit den Nanopartikeln 1 gemäß Figur 1 in die Poren 4 des
anorganischen Matrixmaterials 3 eingebracht. Hierzu werden die Partikel des anorganischen porösen Matrixmaterials 3 beispielsweise in der Suspension mit den Nanopartikeln 1 gebadet. Beim Baden der Partikel des anorganischen
Matrixmaterials 3 in der Suspension dringen sowohl das
Lösungsmittel 2 als auch die Nanopartikel 1 in die Poren 4 ein (Figur 4) . Die Suspension füllt hierbei besonders bevorzugt die Poren 4 der Partikel des anorganischen
Matrixmaterials 3 möglichst vollständig aus.
Die Nanopartikel 1 können nun auf einer Oberfläche der Poren 4 adsorbieren. Anschließend wird das Lösungsmittel 2 wieder aus den Poren 4 entfernt, beispielsweise durch einen
Trocknungsprozess .
Figur 5 zeigt nun schematisch ein Konvertermaterial 5, das als Endprodukt des Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 entsteht.
Das Konvertermaterial 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist als Konverterpartikel ausgebildet und weist ein poröses anorganisches Matrixmaterial 3 auf. Auf der
Oberfläche der Poren 4 des anorganischen Matrixmaterials 3 ist eine Vielzahl an anorganischen Nanopartikeln 1
aufgebracht, die dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in
elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Die Nanopartikel 1 sind lediglich auf der Oberfläche der Poren 4 angeordnet, während ein Volumenbereich der Poren 4 frei ist von den Nanopartikeln 1. Beispielsweise ist der Volumenbereich der Poren 4 mit Luft gefüllt .
Die Nanopartikel 1 sind hierbei beabstandet voneinander auf der Oberfläche der Poren 4 aufgebracht. Mit anderen Worten steht der überwiegende Teil der Nanopartikel 1 nicht in direktem Kontakt miteinander.
Bei dem Konvertermaterial 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist im Unterschied zu dem Konvertermaterial 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 eine weitere Vielzahl an Nanopartikel 1' auf der Oberfläche der Poren 4 des
anorganischen Matrixmaterials 3 aufgebracht. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Nanopartikel 1, 1' lediglich auf der Oberfläche der Poren 4 angeordnet, während ein
Volumenbereich frei ist von Nanopartikeln 1, 1'.
Die weitere Vielzahl an Nanopartikeln 1' ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Der erste, der zweite und der dritte Wellenlängenbereich sind hierbei verschieden voneinander . Der erste Wellenlängenbereich weist besonders bevorzugt blaues Licht auf oder ist aus blauem Licht gebildet, der zweite Wellenlängenbereich weist besonders bevorzugt grünes Licht auf oder ist aus grünem Licht gebildet. Der dritte Wellenlängenbereich weist besonders bevorzugt rotes Licht auf oder ist aus rotem Licht gebildet.
Insbesondere ist das Konvertermaterial 5 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 6 dazu geeignet, blaues Licht, das von einem Halbleiterkörper (nicht dargestellt) ausgesandt wird, teilweise in grünes Licht und teilweise in rotes Licht umzuwandeln, während ein weiterer Teil des blauen Lichts das Konvertermaterial 5 unkonvertiert durchläuft. Ein derartiges Konvertermaterial 5 ist insbesondere dazu geeignet, in
Verbindung mit einem Halbleiterkörper, der blaues Licht aussendet, weißes Licht zu erzeugen.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 7 weist ein Bauelementgehäuse 6 mit einer Ausnehmung 7 aus. Auf einen Boden der Ausnehmung 7 ist ein Halbleiterkörper 8 montiert, der dazu geeignet ist, im Betrieb blaues Licht von einer Strahlungsaustrittsfläche 9 auszusenden. Der Halbleiterkörper 8 ist weiterhin
vorderseitig mit einem Bonddraht 10 elektrisch leitend kontaktiert .
Die Ausnehmung 7 des Bauelementgehäuses 6 ist mit einem
Verguss 11 gefüllt. Der Verguss 11 umfasst ein organisches Harz, beispielsweise ein Silikon oder ein Epoxid oder eine Mischung dieser beiden Materialien, in das partikelförmiges Konvertermaterial 5, wie es beispielsweise anhand der Figuren 5 und 6 bereits beschrieben wurde, eingebracht ist. Sind Konverterpartikel 5 mit einer Sorte Nanopartikel 1 in den Verguss eingebracht, wie beispielsweise anhand von Figur 5 beschrieben, so sind diese beispielsweise dazu geeignet, die blaue Strahlung des Halbleiterkörpers 8, die von dessen Strahlungsaustrittsfläche 9 ausgesandt wird, teilweise in gelbe Strahlung umzuwandeln. Das optoelektronische Bauelement sendet mischfarbiges weißes Licht aus, das konvertiertes gelbes Licht des zweiten Wellenlängenbereichs und
unkonvertiertes blaues Licht des ersten Wellenlängenbereichs umfasst .
Sind Konverterpartikel 5 mit zwei Sorten Nanopartikel 1, 1' in dem Verguss 11 enthalten, wie beispielsweise anhand von Figur 6 beschrieben, so ist die eine Sorte Nanopartikel 1 beispielsweise dazu geeignet, die blaue Strahlung des
Halbleiterkörpers 8, die von dessen Strahlungsaustrittsfläche 9 ausgesandt wird, teilweise in grüne Strahlung umzuwandeln, während die andere Sorte Nanopartikel 1' dazu geeignet ist, die blaue Strahlung des Halbleiterkörpers 8 teilweise in rote Strahlung umzuwandeln. Ein weiterer Teil der blauen Strahlung des Halbleiterkörpers 8 durchläuft den Verguss 11
unkonvertiert . Das optoelektronische Bauelement sendet dann mischfarbiges weißes Licht aus, das konvertiertes grünes und rotes Licht des zweiten und des dritten Wellenlängenbereichs sowie unkonvertiertes blaues Licht des ersten
Wellenlängenbereichs umfasst.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 8 weist ebenfalls ein
Bauelementgehäuse 6 mit einer Ausnehmung 7 auf, auf deren Boden ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper 8 montiert ist. Der Halbleiterkörper 8 ist wiederum dazu geeignet, im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs auszusenden. Weiterhin umfasst das
Bauelement gemäß der Figur 8 ein Konvertermaterial 5, das dazu geeignet ist, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Das Konvertermaterial 5 ist hierbei im Strahlengang des
Halbleiterkörpers 8 angeordnet. Die Strahlung des
Halbleiterkörpers 8 tritt im Wesentlichen vollständig durch das Konvertermaterial 5 hindurch.
Das Konvertermaterial 5 weist wie die Konvertermaterialien 5 gemäß den Figuren 5 und 6 Poren auf, auf deren Oberfläche eine Vielzahl an Nanopartikeln 1 aufgebracht ist (nicht dargestellt) . Die Nanopartikel 1 verleihen dem
Konvertermaterial vorliegend die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften. Mit anderen Worten sind die Nanopartikel 1 dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
Das Konvertermaterial 5 ist vorliegend als planes Plättchen ausgebildet. Das plane Plättchen füllt eine obere Öffnung 12 der Ausnehmung 7 des Bauelementgehäuses 7 bevorzugt
vollständig aus und schließt die Ausnehmung 7 ab. Das
Konverterplättchen 5 weist besonders bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 10 Mikrometern und einschließlich 1 Millimeter auf.
Die geometrische Form einer Hauptfläche des planen Plättchens 5 ist bevorzugt entsprechend der geometrischen Form der
Öffnung 12 der Ausnehmung 7 ausgebildet. Beispielsweise kann die Öffnung 12 rechteckig oder quadratisch ausgebildet sein.
In diesem Fall ist auch das Konverterplättchen 5 bevorzugt rechteckig oder quadratisch ausgebildet. Eine Seitenlänge des Quadrats beziehungsweise des Rechtecks liegt besonders bevorzugt zwischen einschließlich 50 Mikrometer und
einschließlich 10 Zentimeter. Das Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 weist wie die Bauelemente gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 7 und 8 ein Bauelementgehäuse 6 mit einer Ausnehmung
7 auf, auf deren Boden ein strahlungsemittierender
Halbleiterkörper 8 aufgebracht ist. Der Halbleiterkörper 8 ist wiederum dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische
Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement
Konverterpartikel 5 wie sie beispielsweise anhand der Figuren 5 oder 6 bereits beschrieben wurden. Die Konverterpartikel 5 sind hierbei in ein Harz eingebracht, das ebenfalls in Form eines planen Plättchens ausgebildet ist. Das harzbasierte Konverterplättchen ist im Strahlengang des Halbleiterkörpers
8 angeordnet.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 10 umfasst einen Träger 13, auf dem ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper 8
aufgebracht ist. Der Halbleiterkörper 8 ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von seiner Strahlungsaustrittsfläche 9 aus zusenden .
Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement ein kuppeiförmiges Konvertermaterial 5, das auf dem Träger 13 aufgebracht ist. Das kuppeiförmige Konvertermaterial 5 umgibt hierbei den Halbleiterkörper 8 und ist derart ausgebildet und positioniert, dass es sich zumindest überwiegend im
Strahlengang des Halbleiterkörpers 8 befindet. Das kuppeiförmige Konvertermaterial 5 kann beispielsweise ein kuppeiförmiges anorganisches Matrixmaterial 3 mit einer
Vielzahl an Poren 4 aufweisen. Auf die Oberfläche der Poren 4 ist wiederum eine Vielzahl an Nanopartikeln 1, 1'
aufgebracht, wie beispielsweise bereits anhand der Figuren 5 und 6 beschrieben.
Auch das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 11 umfasst wie das
optoelektronische Bauelement gemäß der Figur 10 einen Träger 13, auf den ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper 8 aufgebracht ist, und ein kuppeiförmiges Konverterelement. Das kuppeiförmige Konverterelement ist jedoch, wie bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß der Figur 9 harzbasiert. Das kuppeiförmige Konverterelement bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß der Figur 11 weist Konverterpartikel 5 auf, wie sie beispielsweise bereits in Verbindung mit den Figuren 5 und 6 beschrieben wurden, die in ein kuppeiförmig
ausgebildetes Harz eingebracht sind. Ein derartiges
Konverterelement kann beispielsweise mittels Molden erzeugt werden .
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2012 110 668.1, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Konvertermaterial (5) mit:
einem porösen anorganischen Matrixmaterial (3) mit einer Vielzahl an Poren (4), auf deren Oberfläche eine Vielzahl an anorganischen Nanopartikeln (1, 1') aufgebracht ist, wobei die Nanopartikel (1, 1') dazu geeignet sind,
elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
2. Konvertermaterial (5) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Poren (4) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 2 Nanometer und einschließlich 50 Nanometer aufweisen.
3. Konvertermaterial (5) nach Anspruch 1,
bei dem die Poren einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 50 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer aufweisen.
4. Konvertermaterial (5) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Nanopartikel (1, 1') einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 50 Nanometer aufweisen.
5. Konvertermaterial (5) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Nanopartikel (1, 1') beabstandet voneinander auf der Oberfläche der Poren (4) angeordnet sind.
6. Konvertermaterial (5) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem auf die Oberfläche der Poren (4) einer weitere
Vielzahl an Nanopartikeln (1') aufgebracht ist, die dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
7. Konvertermaterial (5) nach einem der obigen Ansprüche, das als Vielzahl an Konverterpartikel vorliegt.
8. Konvertermaterial (5) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Konverterpartikel einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer aufweisen .
9. Konvertermaterial (5) nach Anspruch 7,
bei dem die Konverterpartikel einen Durchmesser zwischen einschließlich 20 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer aufweisen .
10. Konvertermaterial (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das als plane Plättchen, als kuppeiförmiges Plättchen oder als Plättchen mit einer Freifläche beliebiger Form
ausgebildet ist.
11. Konvertermaterial (5) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine Kantenlänge der Freifläche, der Kuppel oder der planen Fläche zwischen einschließlich 50 Mikrometer und einschließlich 10 Zentimeter liegt.
12. Konvertermaterial (5) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das anorganische Matrixmaterial (3) ein Oxid eines der folgenden Materialien oder einer Mischung der folgenden Materialien aufweist: Silizium, Aluminium, Tantal, Titan, Zirkonium, Cer, Zinn, Niob.
13. Konvertermaterial (5) nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die anorganischen Nanopartikel (1, 1') eines der folgenden Materialien aufweisen: Zinksulfid, Kadmiumsulfid, Zinkselenid, Zinkoxid, Kadmiumselenid, Kadmiumoxid,
Indiumphosphid, Kupferindiumsulfid, Bleisulfid.
14. Konvertermaterial (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die anorganischen Nanopartikel (1, 1') Core-Shell- Nanopartikel sind.
15. Verfahren zur Herstellung eines Konvertermaterials (5) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines porösen anorganischen Matrixmaterials (3) mit einer Vielzahl an Poren (4),
- Einbringen einer Vielzahl an Nanopartikeln (1, 1') in die Poren ( 4 ) , und
- Adsorbieren der Nanopartikel (1, 1') auf einer Oberfläche der Poren ( 4 ) .
16. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem
- die Nanopartikel (1, 1') in ein Lösungsmittel (2)
eingebracht werden,
- das Lösungsmittel (2) mit den Nanopartikeln (1, 1') in die Poren (4) des anorganischen Matrixmaterials (3) eingebracht wird,
- die Nanopartikel (1, 1') auf der Oberfläche der Poren (4) adsorbieren, und
- das Lösungsmittel (2) wieder aus den Poren (4) entfernt wird.
17. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Nanopartikel (1, 1') in dem Lösungsmittel (2) eine Konzentration aufweisen, die nicht größer als 150 mg/ml ist .
18. Verfahren zur Weiterverarbeitung der Partikel des
Konvertermaterials (5) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, bei dem eines der folgenden Verfahren verwendet wird:
Vergießen, Drucken, elektrophoretische Abscheidung,
Spraycoating, Molding, Sol-Gel-Prozess .
19. Optoelektronisches Bauelement mit:
- einem Halbleiterkörper (8), der im Betrieb
elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (9) aussendet,
- einem Konvertermaterial (5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, das dazu geeignet ist, die Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs, die von dem Halbleiterkörper (8) ausgesendet wird, zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
20. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
bei dem das Konvertermaterial (5) in Form von
Konverterpartikel in einem Verguss vorliegt.
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