WO2016120262A1 - Optoelektronische anordnung mit strahlungskonversionselement und verfahren zum herstellen eines strahlungskonversionselements - Google Patents

Optoelektronische anordnung mit strahlungskonversionselement und verfahren zum herstellen eines strahlungskonversionselements Download PDF

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Britta GÖÖTZ
Frank Singer
Martin Strassburg
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    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/8793—Arrangements for polarized light emission

Definitions

  • LCDs Liquid crystal displays
  • One task is to increase the efficiency of the backlighting of LCDs.
  • Embodiments are subject of the dependent claims.
  • the arrangement has at least one semiconductor chip with an active region provided for the generation of radiation.
  • the radiation is in the
  • the semiconductor chip is arranged, for example, in a housing or unhoused on a connection carrier, for example a printed circuit board,
  • the arrangement has a
  • Radiation conversion element is in particular the
  • the emission direction extends in particular perpendicular to a main extension plane of the active region.
  • Radiation conversion element is provided for converting a primary radiation generated by the at least one semiconductor chip, for example in the blue or ultraviolet spectral range, completely or at least partially into secondary radiation.
  • the secondary radiation can be, for example, in the red, green, yellow and / or blue spectral range.
  • the secondary radiation may contain radiation components in at least two different spectral regions of the visible spectrum, for example in the red and in the green spectral region.
  • the radiation conversion element adjoins the semiconductor chip.
  • the radiation conversion element is, for example, a cladding of the semiconductor chip.
  • the radiation conversion element is, for example, a prefabricated element of the optoelectronic device.
  • the prefabricated radiation conversion element is for example, a self-supporting element, such as a
  • prefabricated foil or a prefabricated plate prefabricated foil or a prefabricated plate.
  • the radiation conversion element has a
  • Phosphor particles or phosphor molecules Phosphor particles or phosphor molecules.
  • Conversion bodies may contain an inorganic and / or an organic material.
  • the inorganic and / or an organic material may contain an inorganic and / or an organic material.
  • organic materials such as perylene, fluorescein, coumarin, rhodamine, stilbenes, porphyrin, phthalocyanine or pyrene are suitable.
  • inorganic semiconductor materials for example GaN, InN, AlN and mixed crystals thereof, for example InGaN or AlInGaN, CuInS 2 , CdSe, CdS, InP, PbS, InAs, ZnSe,
  • quantum rods can be formed by means of inorganic semiconductor materials.
  • quantum sticks in particular, volume bodies are understood which, due to their small size, at least transversely to the
  • the quantum rods are not spherically symmetric.
  • the quantum rods are rotationally symmetric to their longitudinal axis. According to at least one embodiment, the
  • Conversion body elongated conversion body with a
  • Symmetry axis runs along the direction along which the extension of the conversion body is greatest.
  • the radiation conversion element can continue
  • first conversion bodies in the red spectral range and second conversion bodies in the green spectral range emit.
  • the spatial orientation of the conversion body refers to the axis of symmetry.
  • the spatial orientation of the symmetry axes thus has a preferred direction.
  • the conversion bodies are with regard to their orientation, for example with regard to the orientation of their
  • Symmetry axis so not randomly distributed.
  • at least 50% of the conversion bodies, preferably at least 80% of the conversion bodies, are oriented such that the axis of symmetry of the conversion bodies extends at an angle of at most 20 ° to the preferred direction.
  • all conversion bodies are along the preferred direction
  • Conversion body are oriented only partially along the preferred direction.
  • the preferred direction is parallel to a
  • a radiation emitted by the radiation conversion element with the plurality of conversion bodies has a preferred polarization.
  • the optoelectronic device has a
  • the radiation emitted by the semiconductor chip and the radiation conversion element must pass through the reflective polarization element before it can exit the optoelectronic device.
  • the reflective polarization element predominantly transmits radiation with the preferential polarization, that is to say to at least 51%.
  • Polarization element radiation with the preferential polarization by at least 80%.
  • Preferential polarization predominantly polarized radiation.
  • the reflectivity of the reflective polarization element for this radiation fraction is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%.
  • the reflective polarizing element is a
  • DBEF Double Brightness Enhancement Film
  • Optical fibers and liquid crystal displays to be arranged to increase the brightness.
  • a film can also be used for the fact that the optoelectronic device itself is already polarized or at least partially polarized
  • This polarized or at least partially polarized radiation can be coupled into a light guide for backlighting a liquid crystal display or backlight the liquid crystal display directly.
  • the optoelectronic device has a
  • Radiation conversion element is arranged downstream.
  • Radiation conversion element has a plurality of
  • Conversion bodies each having an axis of symmetry, wherein a spatial orientation of the axes of symmetry has a preferred direction.
  • Radiation conversion element radiated radiation has a preferential polarization.
  • the optoelectronic arrangement has a reflective polarization element which is the radiation conversion element in the emission direction
  • Polarization element predominantly transmits radiation with the preferential polarization, and a perpendicular to the
  • Preferential polarization predominantly reflects polarized radiation.
  • the optoelectronic arrangement does not radiate
  • Partially polarized in this context means that one polarization direction
  • Polarization direction predominates, for example by at least 10%, preferably by at least 50%.
  • Liquid crystal display is lost, so can be reduced.
  • an optoelectronic arrangement which emits unpolarized radiation, not half of the radiated radiation is transmitted to it
  • Radiation component is thus increased with the same power consumption of the optoelectronic device. Similarly, the same brightness of the backlight can be reduced
  • Radiation conversion element the radiation already so
  • Polarization element can be achieved because radiation components that would not be usable due to their polarization, at least predominantly not absorbed by the reflective polarizing element, but are reflected and can subsequently escape from the optoelectronic device.
  • the conversion bodies contain quantum rods and in particular have a ratio of the longitudinal extent to the maximum transverse extent of between 1.5: 1 and 40: 1 inclusive. Conversion bodies having such a ratio have proven to be particularly suitable for a radiation conversion element for generating at least partially polarized radiation.
  • conversion bodies which are formed by means of an organic material may deviate also have a transverse extent which is equal to or substantially equal to the extent along the axis of symmetry.
  • the semiconductor chip is at least in places of surrounded a particular diffuse reflecting reflector. Reflected on the reflective polarizing element
  • radiation can have at least one radiation component with the preferred polarization and emerge from the optoelectronic arrangement.
  • the reflector is through a wall of a
  • the reflector may also be formed by a layer which directly adjoins the semiconductor chip.
  • anisotropic scattering can furthermore be achieved.
  • the radiation conversion element has a
  • the matrix material contains in particular a
  • the radiation conversion element is adjacent
  • Example forms the radiation conversion element a
  • the radiation conversion element in the form of an envelope can also cover the side surfaces of the semiconductor chip.
  • diffusers are embedded in the matrix material.
  • the probability is increased that radiation that does not have the preferential polarization, after a scattering at the diffusers from the
  • Optoelectronic arrangement can escape.
  • the diffusers cause anisotropic scattering.
  • the reflective polarization element has a plurality of layers with an anisotropic refractive index. A reflective polarizing element can thus be produced in a simple and reliable manner in a compact manner.
  • the reflective polarization element has a higher reflectivity for the primary radiation emitted by the semiconductor chip than for that of the
  • Optoelectronic arrangement can be increased, since the secondary radiation is already generated partially polarized by means of the conversion body and by a reduced reflectivity in the spectral range of the secondary radiation
  • the reflective polarization element adjoins the radiation conversion element or is at a distance of at most 200 ym from the radiation conversion element.
  • the radiation conversion element and the reflective polarization element can be mechanically stably fixed to one another.
  • the optoelectronic device is a
  • the optoelectronic arrangement is thus a semiconductor component which can be mounted in a simple manner and which is distinguished by a polarized or at least partially polarized emission.
  • SMD surface mounted semiconductor device
  • Optoelectronic arrangement but also an arrangement of a semiconductor chip or a plurality of semiconductor chips on a connection carrier, for example a printed circuit board.
  • the optoelectronic device is for
  • the backlighting can be particularly energy-efficient and at the same time with a long service life.
  • the optoelectronic arrangement can in particular for the lateral coupling into a light guide or to the direct
  • Radiation conversion element is provided according to at least one embodiment, a starting material in liquid form, which is offset with conversion bodies, each having an axis of symmetry.
  • the starting material is filled into a mold.
  • the symmetry axes of the conversion bodies are at least partially along a preferred direction
  • a radiation conversion element in which conversion bodies are present in aligned form in a matrix material.
  • a radiation conversion element can be produced in a simple manner, which emits at least partially polarized secondary radiation when excited by a primary radiation.
  • the conversion bodies are replaced by an electric field
  • the electric field is also present during curing, at least for so long that the
  • Conversion body after switching off the electric field at least partially maintained their orientation along the preferred direction.
  • the mold is a cavity in which at least one semiconductor chip is arranged.
  • the cavity in a prefabricated housing for a particular
  • the mold can be removed after curing.
  • liquid-crystalline polymer can be used. By means of such a polymer, the alignment can be facilitated.
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of an optoelectronic arrangement in a schematic plan view (FIG. 1A) and in two associated sectional views (FIGS. 1B and 1C);
  • FIG. 1D shows an embodiment of a display device with an optoelectronic device
  • FIGS. 2A and 2B show an exemplary embodiment of FIG
  • FIGS. 1A to 1C show an exemplary embodiment of an optoelectronic device 1 with reference to a plan view and two sectional views oriented perpendicular to one another.
  • the optoelectronic device 1 has a to
  • the semiconductor chip includes a for
  • Radiation generation in blue or ultraviolet Spectral range provided active region 20 based on a nitride compound semiconductor material, such as
  • the radiation emitted by the semiconductor chip is in particular unpolarized.
  • the optoelectronic device 1 a Furthermore, the optoelectronic device 1 a
  • Radiation conversion element 3 which is arranged downstream of the semiconductor chip 2 in a radiation direction 21.
  • Radiation conversion element 3 is therefore part of
  • the radiation must therefore pass through the radiation conversion element 3.
  • the radiation conversion element 3 comprises a plurality of conversion bodies 4.
  • the conversion bodies 4 each have an axis of symmetry 40. In the shown
  • the conversion body elongated conversion body for example, inorganic
  • Quantum sticks in which a longitudinal axis of extension forms the axis of symmetry.
  • Longitudinal axis is greater than a perpendicular to the longitudinal axis extending maximum transverse extent 42nd
  • the radiation conversion element 3 has a matrix material 35 into which the conversion bodies 4 of the
  • Matrix material contains in particular a polymer material and / or an inorganic oxide.
  • a polymer material for example, PET, PE, PS, PMMA, an acrylate, an epoxy, a silicone or an organic-inorganic polymer with at least one epoxide or a silicone, for example a silicone, in which AI2O3 or S1O2 is incorporated.
  • the conversion body In an optical excitation of the conversion body 4 by a primary radiation 81, the conversion body emit a secondary radiation 82nd
  • the individual conversion bodies 4 are oriented such that the axes of symmetry
  • the 40 of the conversion body 4 have a preferred direction 45.
  • the preferred direction extends in particular perpendicular to
  • Radiation direction 21 and parallel to the active region 20 are identical to Radiation direction 21 and parallel to the active region 20. In the embodiment shown, all run
  • individual conversion bodies 4 can also have a direction deviating from the preferred direction 45
  • the elongated conversion bodies 4 have, for example, a ratio of the longitudinal extent to the maximum transverse extent of between 1.5: 1 and 40: 1 inclusive.
  • the conversion bodies 4 may be, for example, phosphor particles or phosphor molecules.
  • Conversion bodies may further contain an organic and / or an inorganic material. Particularly suitable the inorganic and organic materials mentioned in the general part of the description for the
  • the conversion body need not necessarily be elongated.
  • organic molecules can be used whose transverse extent to
  • Symmetry axis equal or substantially equal to the
  • the optoelectronic device 1 furthermore has a reflective polarization element 5.
  • the reflective polarization element predominantly transmits radiation with the preferred polarization 48 and predominantly reflects a radiation polarized perpendicular to the preferred polarization. In the shown
  • Polarization element 5 the radiation exit surface 10 of the optoelectronic device. 1
  • the reflective polarizing element 5 transmits radiation with the preferred polarization 48 to at least 80%. Furthermore, the reflective reflects
  • Polarization element perpendicular to the preferred polarization polarized radiation components predominantly. Radiation whose polarization does not correspond to the preferential polarization is thus at least predominantly not due to absorption at
  • Radiation conversion element 3 back.
  • the reflectivity for this proportion of radiation at least 60%, particularly preferably at least 80%.
  • the reflective polarizing element 5 is formed, for example, as a prefabricated film, which on the
  • Radiation conversion element 3 is attached. In plan view of the radiation exit surface 10 covers the
  • reflective polarization element 5 is adjacent to the radiation conversion element 3 in the embodiment shown. Deviating from these elements but can also be spaced apart, for example, at a distance of
  • the reflective polarization element 5 has a plurality of layers 51 with an anisotropic refractive index.
  • Reflectivity and / or transmission can also be used.
  • Primary radiation be higher or lower than for the
  • the reflective polarization element 5 for the unpolarized in the active region 20 generated
  • the optoelectronic device 1 also has a
  • the reflector preferably has a reflectivity of
  • the reflector is formed by a wall 26 of a cavity 250 of a housing body 25.
  • Semiconductor chip 2 is arranged in the cavity 250 and in a lateral direction, ie parallel to one
  • Optoelectronic device 1 can escape.
  • Matrix material 35 can be used to increase the weight
  • Arrangement exiting radiation is polarized or at least partially polarized.
  • the optoelectronic device 1 itself already provides polarized or at least partially polarized radiation, so that when the backlighting of a liquid crystal display losses on the polarizing filter, which is arranged on the radiation entrance side of the liquid crystal display, are reduced.
  • Optoelectronic device a surface-mountable semiconductor device.
  • the radiation conversion element 3 adjoins the semiconductor chip 2 in the exemplary embodiment shown and forms a cladding 22 for the semiconductor chip 2
  • Deviating but radiation conversion element may also be a prefabricated element which is attached to the semiconductor chip. Furthermore, that can
  • Radiation conversion element 3 also be spaced from the semiconductor chip 2 and in particular in addition to a
  • the radiation conversion element 3 can also continue
  • first conversion bodies generate radiation in the red spectral range and second conversion bodies generate radiation in the green spectral range.
  • the optoelectronic device 1 may, of course, also have more than one semiconductor chip 2 provided for the generation of radiation, the semiconductor chips each in one housing or a plurality of semiconductor chips in one
  • Housing can be arranged. Furthermore, alternatively, a plurality of semiconductor chips can also be arranged in a housing or unhoused on a connection carrier, for example a printed circuit board, and can be electrically contacted.
  • the type of housing for the semiconductor chips 2 can be selected within wide limits.
  • the housing body 25 also by a
  • Material may be formed, which is integrally formed on the semiconductor chip 2 and in particular the reflector 7 forms.
  • the optoelectronic device 1 also has a
  • optical element 6 on.
  • the optical element 6 is provided for that of the radiation conversion element. 3
  • the optical element by way of example has a plurality of elongated
  • the prisms can collimate the radiation into a usable angular range.
  • the optical element 6 may be formed, for example, as a foil, which on the reflective
  • Polarization element 5 is arranged.
  • the foil can be
  • FIG. 1D An exemplary embodiment of a display device 9 with the described optoelectronic device 1 is shown schematically in FIG. 1D.
  • the display device has a
  • Optical fiber 91 in which the radiated from the optoelectronic device radiation is coupled laterally.
  • the optoelectronic device 1 is on a
  • Connection carrier 95 for example, a printed circuit board
  • the radiation generated in the semiconductor chip 2 and radiation emitted in the radiation direction 21 passes through the reflective polarization element 5 before the radiation is coupled into the optical waveguide.
  • the coupled into the light guide radiation is thus polarized or at least partially polarized.
  • the light guide is expediently polarization-maintaining.
  • the radiation emerging from a main surface 910 of the optical waveguide illuminates a liquid crystal display 92. Due to the at least partially polarized radiation of the optoelectronic device 1, absorption losses at a laser beam are reduced
  • Input polarization filter 920 minimizes the liquid crystal display.
  • radiation components which are not usable for the backlighting, for example due to the inappropriate polarization, are already generated during the generation of the radiation
  • a method of manufacturing a display device may be provided.
  • Radiation conversion element is shown in Figures 2A and 2B with reference to two intermediate steps in a schematic plan view. The description is exemplary for a
  • the radiation conversion element is a starting material 30 in liquid form, with, for example, elongated conversion bodies 4 each having a
  • Starting material is filled into a mold 32, for example, by molding, injection molding or transfer molding.
  • a mold 32 for example, by molding, injection molding or transfer molding.
  • Embodiment serves a cavity 250 of a
  • Housing body 25 as a form.
  • the axes of symmetry 40 are initially randomly oriented and have no preferred direction.
  • the symmetry axes of the conversion bodies are subsequently aligned at least partially along a preferred direction 45 as shown in FIG. 2B.
  • This can be done for example by applying an electric field.
  • the starting material 30 is cured, wherein the electric field is expediently applied at least until the starting material has solidified sufficiently, so that the orientation of the conversion body 4 remains even after switching off the electric field.
  • a radiation conversion element 3 can be produced in a simple manner, which when excited by a
  • self-supporting conversion elements for example in platelet form, can also be formed with the method.
  • the mold can be removed after curing.

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Abstract

Es wird eine optoelektronische Anordnung (1) mit einem Halbleiterchip (2), der einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, angegeben, wobei - dem Halbleiterchip in Abstrahlungsrichtung (21) ein Strahlungskonversionselement (3) nachgeordnet ist; - das Strahlungskonversionselement eine Mehrzahl von Konversionskörpern (4) mit jeweils einer Symmetrieachse (40) aufweist; - eine räumliche Ausrichtung der Symmetrieachsen eine Vorzugsrichtung (45) aufweist; - eine von dem Strahlungskonversionselement (3) abgestrahlte Strahlung eine Vorzugspolarisation (48) aufweist; und - die optoelektronische Anordnung ein reflektierendes Polarisationselement (5) aufweist, das dem Strahlungskonversionselement in Abstrahlungsrichtung nachgeordnet ist, wobei das reflektierende Polarisationselement Strahlung mit der Vorzugspolarisation überwiegend durchlässt, und eine senkrecht zur Vorzugspolarisation polarisierte Strahlung überwiegend reflektiert. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskonversionselements (3) angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronische Anordnung mit Strahlungskonversionselement und Verfahren zum Herstellen eines
Strahlungskonversionselements
Es werden eine optoelektronische Anordnung mit einem
Strahlungskonversionselement und ein Verfahren zur
Herstellung eines Strahlungskonversionselements
angegeben.
Zur Darstellung von insbesondere bewegten Bildern finden oftmals Flüssigkristallanzeigen (Liquid Crystal Displays, LCDs) Anwendungen, beispielsweise in Bildschirmen oder
Projektoren. Diese können beispielsweise mit Leuchtdioden als Strahlungsquellen hinterleuchtet werden. Durch die in den LCDs zur Bilderzeugung verwendeten Polarisatoren geht jedoch typischerweise ein vergleichsweise großer Strahlungsanteil der Strahlungsquellen verloren. Um diese Verluste zu
kompensieren, wird ein entsprechend erhöhter Primärlichtstrom der Strahlungsquellen vorgehalten, was einen gesteigerten Energieverbrauch zur Folge hat.
Eine Aufgabe ist es, die Effizienz bei der Hinterleuchtung von LCDs zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine optoelektronische Anordnung beziehungsweise durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen und
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist die Anordnung zumindest einen Halbleiterchip mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Insbesondere liegt die Strahlung im
ultravioletten, sichtbaren, insbesondere blauen oder roten, oder im nahen infraroten Spektralbereich. Der Halbleiterchip ist beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet oder ungehäust auf einem Anschlussträger, etwa einer Leiterplatte,
befestigt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist die Anordnung ein
Strahlungskonversionselement auf. Das
Strahlungskonversionselement ist insbesondere dem
Halbleiterchip in Abstrahlungsrichtung nachgeordnet. Die Abstrahlungsrichtung verläuft insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs. Das
Strahlungskonversionselement ist dafür vorgesehen, eine von dem zumindest einen Halbleiterchip erzeugte Primärstrahlung, beispielsweise im blauen oder ultravioletten Spektralbereich, vollständig oder zumindest teilweise in Sekundärstrahlung umzuwandeln. Die Sekundärstrahlung kann beispielsweise im roten, grünen, gelben und/oder blauen Spektralbereich liegen. Insbesondere kann die Sekundärstrahlung in zumindest zwei voneinander verschiedenen Spektralbereichen des sichtbaren Spektrums Strahlungsanteile enthalten, beispielsweise im roten und im grünen Spektralbereich.
Zum Beispiel grenzt das Strahlungskonversionselement an den Halbleiterchip an. Das Strahlungskonversionselement ist beispielsweise eine Umhüllung des Halbleiterchips.
Alternativ ist das Strahlungskonversionselement zum Beispiel ein vorgefertigtes Element der optoelektronischen Anordnung. Das vorgefertigte Strahlungskonversionselement ist beispielsweise ein selbsttragendes Element, etwa eine
vorgefertigte Folie oder ein vorgefertigtes Plättchen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist das Strahlungskonversionselement eine
Mehrzahl von Konversionskörpern auf. Der Begriff
„Konversionskörper" bezeichnet allgemein zur
Strahlungskonversion geeignete Körper, beispielsweise
Leuchtstoff-Partikel oder Leuchtstoff-Moleküle . Die
Konversionskörper können ein anorganisches und/oder ein organisches Material enthalten. Insbesondere können die
Konversionskörper jeweils eine Symmetrieachse aufweisen.
Beispielsweise eignen sich organische Materialien, etwa ein Perylen, Fluorescein, Cumarin, Rhodamin, Stilbene, Porphyrin, Phtalocyanin oder Pyren.
Weiterhin eignen sich anorganische Halbleitermaterialien, beispielsweise GaN, InN, A1N und Mischkristalle davon, etwa InGaN oder AlInGaN, CuInS2, CdSe, CdS, InP, PbS, InAs, ZnSe,
ZnSSe oder ZnSSeTe. Insbesondere können mittels anorganischer Halbleitermaterialien Quantenstäbchen gebildet sein. Als Quantenstäbchen werden insbesondere Volumenkörper verstanden, die aufgrund ihrer geringen Größe zumindest quer zur
Längserstreckungsachse eine Quantisierung der energetischen Zustände erfahren. Die Quantenstäbchen sind insbesondere nicht kugelsymmetrisch. Zum Beispiel sind die Quantenstäbchen rotationssymmetrisch zu ihrer Längserstreckungsachse. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Konversionskörper längliche Konversionskörper mit einer
Längserstreckungsachse. Insbesondere ist die
Längserstreckungsachse die Symmetrieachse. Entlang der Längserstreckungsachse weisen die länglichen
Konversionskörper eine größere Ausdehnung auf als in quer oder senkrecht dazu verlaufenden Richtungen. Die
Symmetrieachse verläuft entlang derjenigen Richtung, entlang der die Ausdehnung der Konversionskörper am größten ist.
Das Strahlungskonversionselement kann weiterhin
Konversionskörper aufweisen, die sich in der Peak-Wellenlänge der Sekundärstrahlung unterscheiden. Zum Beispiel emittieren erste Konversionskörper im roten Spektralbereich und zweite Konversionskörper im grünen Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist eine räumliche Ausrichtung der
Konversionskörper eine Vorzugsrichtung auf. Beispielsweise bezieht sich die räumliche Ausrichtung der Konversionskörper auf deren Symmetrieachse. Die räumliche Ausrichtung der Symmetrieachsen weist also eine Vorzugsrichtung auf. Die Konversionskörper sind hinsichtlich ihrer Orientierung, beispielsweise hinsichtlich der Orientierung ihrer
Symmetrieachse, also nicht zufällig verteilt. Insbesondere sind mindestens 50 % der Konversionskörper, bevorzugt mindestens 80% der Konversionskörper, so orientiert, dass die Symmetrieachse der Konversionskörper in einem Winkel von höchstens 20° zur Vorzugsrichtung verläuft. Im Idealfall sind alle Konversionskörper entlang der Vorzugsrichtung
orientiert. Eine erhöhte Effizienz der optoelektronischen Anordnung wird jedoch auch bereits erreicht, wenn die
Konversionskörper nur zum Teil entlang der Vorzugsrichtung orientiert sind.
Die Vorzugsrichtung verläuft parallel zu einer
Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist eine von dem Strahlungskonversionselement mit der Mehrzahl von Konversionskörpern abgestrahlte Strahlung eine Vorzugspolarisation auf. Die Vorzugspolarisation
verläuft insbesondere in einer Ebene, die senkrecht zur
Vorzugsrichtung verläuft. Die vom
Strahlungskonversionselement emittierte Sekundärstrahlung ist also zumindest teilpolarisiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist die optoelektronische Anordnung ein
reflektierendes Polarisationselement auf, das dem
Strahlungskonversionselement in Abstrahlungsrichtung
nachgeordnet ist. Insbesondere muss die vom Halbleiterchip und dem Strahlungskonversionselement abgestrahlte Strahlung das reflektierende Polarisationselement passieren, bevor sie aus der optoelektronischen Anordnung austreten kann. Das reflektierende Polarisationselement lässt Strahlung mit der Vorzugspolarisation überwiegend, das heißt zu mindestens 51%, durch. Vorzugsweise lässt das reflektierende
Polarisationselement Strahlung mit der Vorzugspolarisation zu mindestens 80 % durch. Je höher die Transmission für diesen Strahlungsanteil ist, desto geringer können insgesamt die Absorptionsverluste sein. Weiterhin reflektiert das
reflektierende Polarisationselement eine senkrecht zur
Vorzugspolarisation polarisierte Strahlung überwiegend.
Strahlung, deren Polarisation nicht der Vorzugspolarisation entspricht, geht also zumindest überwiegend nicht durch
Absorption am reflektierenden Polarisationselement verloren, sondern wird reflektiert und kann nach zumindest einer weiteren Reflexion oder Streuung innerhalb der
optoelektronischen Anordnung erneut auf das reflektierende Polarisationselement auftreffen und zumindest teilweise aus der optoelektronischen Anordnung austreten.
Vorzugsweise beträgt die Reflektivität des reflektierenden Polarisationselements für diesen Strahlungsanteil mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 %. Zum Beispiel ist das reflektierende Polarisationselement als eine
vorgefertigte Folie ausgebildet. Eine derartige Folie wird beispielsweise von dem Hersteller 3M Optical Systems unter der Bezeichnung DBEF (Dual Brightness Enhancement Film) angeboten. Diese Folie ist dafür vorgesehen, zwischen
Lichtleitern und Flüssigkristallanzeigen angeordnet zu werden, um die Helligkeit zu erhöhen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine solche Folie auch dafür verwendet werden kann, dass die optoelektronische Anordnung selbst bereits polarisierte oder zumindest teilpolarisierte
Strahlung abstrahlt. Diese polarisierte oder zumindest teilpolarisierte Strahlung kann zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige in einen Lichtleiter eingekoppelt werden oder die Flüssigkristallanzeige direkt hinterleuchten.
In mindestens einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist die optoelektronische Anordnung einen
Halbleiterchip, der einen zur Erzeugung von Strahlung
vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, auf, wobei dem
Halbleiterchip in Abstrahlungsrichtung ein
Strahlungskonversionselement nachgeordnet ist. Das
Strahlungskonversionselement weist eine Mehrzahl von
Konversionskörpern mit jeweils einer Symmetrieachse auf, wobei eine räumliche Ausrichtung der Symmetrieachsen eine Vorzugsrichtung aufweist. Eine von dem
Strahlungskonversionselement abgestrahlte Strahlung weist eine Vorzugspolarisation auf. Die optoelektronische Anordnung weist ein reflektierendes Polarisationselement auf, das dem Strahlungskonversionselement in Abstrahlungsrichtung
nachgeordnet ist, wobei das reflektierende
Polarisationselement Strahlung mit der Vorzugspolarisation überwiegend durchlässt, und eine senkrecht zur
Vorzugspolarisation polarisierte Strahlung überwiegend reflektiert .
Die optoelektronische Anordnung strahlt also nicht
unpolarisierte, sondern polarisierte oder zumindest
teilpolarisierte Strahlung ab. Teilpolarisiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Polarisationsrichtung
gegenüber einer senkrecht dazu verlaufenden weiteren
Polarisationsrichtung überwiegt, beispielsweise um mindestens 10 %, bevorzugt um mindestens 50 %. Der Strahlungsanteil, der aufgrund seiner Polarisation an einem Polarisationsfilter an einem Eingangspolarisationsfilter einer nachgeordneten
Flüssigkristallanzeige verloren geht, kann so verringert werden. Im Unterschied zu einer optoelektronischen Anordnung, die unpolarisierte Strahlung abstrahlt, geht also nicht die Hälfte der abgestrahlten Strahlung an diesem
Eingangspolarisationsfilter verloren. Der für die
Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige nutzbare
Strahlungsanteil wird also bei gleicher Leistungsaufnahme der optoelektronischen Anordnung erhöht. Ebenso kann dieselbe Helligkeit der Hinterleuchtung mit reduzierter
Leistungsaufnahme der optoelektronischen Anordnung erzielt werden. Mit anderen Worten wird die für die Funktion der Flüssigkristallanzeige erforderliche Polarisation der
Strahlung nicht nur durch den strahlungseintrittsseitigen Polarisationsfilter erzielt, was bei unpolarisierter
Strahlung zwangsläufig zum Verlust der halben
Strahlungsleistung führt. Vielmehr wird die Strahlung in der optoelektronischen Anordnung so erzeugt, dass die aus dieser austretende Strahlung bereits überwiegend, beispielsweise zu 55 % oder mehr oder zu 65 % oder mehr, die geeignete
Polarisation aufweist. Insbesondere wird im
Strahlungskonversionselement die Strahlung bereits so
erzeugt, dass die geeignete Polarisation überwiegt. Durch das Strahlungskonversionselement mit den ausgerichteten
Konversionskörpern allein wird also eine erhöhte Effizienz gegenüber einer Anordnung mit einem herkömmlichen
Strahlungskonversionselement erzielt. Eine weitere Steigerung der Effizienz kann durch das reflektierende
Polarisationselement erzielt werden, da Strahlungsanteile, die aufgrund ihrer Polarisation nicht nutzbar wären, von dem reflektierenden Polarisationselement zumindest überwiegend nicht absorbiert, sondern reflektiert werden und nachfolgend aus der optoelektronischen Anordnung austreten können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung enthalten die Konversionskörper Quantenstäbchen und weisen insbesondere ein Verhältnis der Längsausdehnung zur maximalen Querausdehnung zwischen einschließlich 1,5:1 und einschließlich 40:1 auf. Konversionskörper mit einem solchen Verhältnis haben sich für ein Strahlungskonversionselement zur Erzeugung von zumindest teilpolarisierter Strahlung als besonders geeignet heraus gestellt.
Insbesondere Konversionskörper, die mittels eines organischen Materials gebildet sind, können davon abweichend auch eine Querausdehnung haben, die gleich oder im Wesentlichen gleich der Ausdehnung entlang der Symmetrieachse ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung ist der Halbleiterchip zumindest stellenweise von einem insbesondere diffus reflektierenden Reflektor umgeben. Am reflektierenden Polarisationselement reflektierte
Strahlung kann nach der diffusen Reflexion zumindest einen Strahlungsanteil mit der Vorzugspolarisation aufweisen und aus der optoelektronischen Anordnung austreten.
Beispielsweise ist der Reflektor durch eine Wand eines
Gehäusekörpers des Halbleiterchips gebildet. Der Reflektor kann auch durch eine Schicht gebildet sein, die unmittelbar an den Halbleiterchip angrenzt. Mittels polymerer Füller kann weiterhin eine anisotrope Streuung erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist das Strahlungskonversionselement ein
Matrixmaterial auf, in das die Konversionskörper eingebettet sind. Das Matrixmaterial enthält insbesondere ein
Polymermaterial .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung grenzt das Strahlungskonversionselement
stellenweise unmittelbar an den Halbleiterchip an. Zum
Beispiel bildet das Strahlungskonversionselement eine
Umhüllung für den Halbleiterchip. Insbesondere kann das Strahlungskonversionselement in Form einer Umhüllung auch die Seitenflächen des Halbleiterchips bedecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung sind Diffusoren in das Matrixmaterial eingebettet. Mittels der Diffusoren wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Strahlung, die nicht die Vorzugspolarisation aufweist, nach einer Streuung an den Diffusoren aus der
optoelektronischen Anordnung austreten kann. Vorzugsweise bewirken die Diffusoren eine anisotrope Streuung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist das reflektierende Polarisationselement eine Mehrzahl von Schichten mit einem anisotropen Brechungsindex auf. Ein reflektierendes Polarisationselement ist so auf einfache und zuverlässige Weise kompakt herstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung weist das reflektierende Polarisationselement für die vom Halbleiterchip abgestrahlte Primärstrahlung eine höhere Reflektivität auf als für die von dem
Strahlungskonversionselement abgestrahlte Sekundärstrahlung. Es hat sich gezeigt, dass so die Effizienz der
optoelektronischen Anordnung gesteigert werden kann, da die Sekundärstrahlung mittels der Konversionskörper bereits teilpolarisiert erzeugt wird und durch eine verringerte Reflektivität im Spektralbereich der Sekundärstrahlung
Absorptionsverluste innerhalb der optoelektronischen
Anordnung verringert werden können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung grenzt das reflektierende Polarisationselement an das Strahlungskonversionselement an oder ist um höchstens 200 ym von dem Strahlungskonversionselement beabstandet. Insbesondere können das Strahlungskonversionselement und das reflektierende Polarisationselement mechanisch stabil aneinander befestigt sein. Insbesondere befindet sich zwischen dem reflektierenden Polarisationselement und dem Strahlungskonversionselement kein Lichtleiter. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung verlaufen eine Haupterstreckungsebene des
reflektierenden Polarisationselements und eine Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs parallel
zueinander .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung ist die optoelektronische Anordnung ein
oberflächenmontierbares Halbleiterbauelement (surface mounted device, SMD) . Die optoelektronische Anordnung ist also ein auf einfache Weise montierbares Halbleiterbauelement, das sich durch eine polarisierte oder zumindest teilpolarisierte Abstrahlung auszeichnet. Alternativ kann die
optoelektronische Anordnung aber auch eine Anordnung von einem Halbleiterchip oder mehreren Halbleiterchips auf einem Anschlussträger, beispielsweise einer Leiterplatte sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung ist die optoelektronische Anordnung zur
Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige vorgesehen.
Die Hinterleuchtung kann so besonders energieeffizient und zugleich mit einer hohen Betriebslebensdauer erfolgen. Die optoelektronische Anordnung kann insbesondere zur seitlichen Einkopplung in einen Lichtleiter oder zur direkten
Hinterleuchtung der Flüssigkristallanzeige vorgesehen sein. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines
Strahlungskonversionselements wird gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Ausgangsstoff in flüssiger Form, der mit Konversionskörpern mit jeweils einer Symmetrieachse versetzt ist, bereitgestellt. Der Ausgangsstoff wird in eine Form gefüllt. Die Symmetrieachsen der Konversionskörper werden zumindest teilweise entlang einer Vorzugsrichtung
ausgerichtet. Der Ausgangsstoff wird ausgehärtet. Dadurch entsteht ein Strahlungskonversionselement , bei dem Konversionskörper in einem Matrixmaterial in ausgerichteter Form vorliegen. Durch das beschriebene Verfahren kann auf einfache Weise ein Strahlungskonversionselement hergestellt werden, das bei Anregung durch eine Primärstrahlung eine zumindest teilpolarisierte Sekundärstrahlung abstrahlt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Konversionskörper durch ein elektrisches Feld
ausgerichtet. Das elektrische Feld liegt insbesondere auch während des Aushärtens zumindest so lange an, dass die
Konversionskörper nach Ausschalten des elektrischen Felds ihre Ausrichtung entlang der Vorzugsrichtung zumindest teilweise beibehalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Form eine Kavität, in der zumindest ein Halbleiterchip angeordnet ist. Beispielsweise ist die Kavität in einem vorgefertigten Gehäuse für ein insbesondere
optoelektronisches Halbleiterbauelement ausgebildet.
Davon abweichend kann die Form aber auch dafür vorgesehen sein, freitragende Konversionselemente auszubilden,
beispielsweise in Form eines Plättchens oder einer Folie. In diesem Fall kann die Form nach dem Aushärten entfernt werden.
Weiterhin kann ein flüssigkristallines Polymer Anwendung finden. Mittels eines solchen Polymers kann die Ausrichtung erleichtert werden.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen . Es zeigen: die Figuren 1A, 1B und IC ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Anordnung in schematischer Draufsicht (Figur 1A) und in zwei zugehörigen Schnittansichten (Figuren 1B und IC) ;
Figur 1D ein Ausführungsbeispiel für eine Anzeigevorrichtung mit einer optoelektronischen Anordnung; und die Figuren 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel für ein
Verfahren zum Herstellen eines Strahlungskonversionselements anhand von schematisch in Draufsicht dargestellten
Zwischenschritten .
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 und
insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein. In den Figuren 1A bis IC ist ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Anordnung 1 anhand einer Draufsicht und zweier senkrecht zueinander orientierten Schnittansichten gezeigt . Die optoelektronische Anordnung 1 weist einen zur
Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchip 2 auf.
Beispielsweise enthält der Halbleiterchip einen zur
Strahlungserzeugung im blauen oder ultravioletten Spektralbereich vorgesehenen aktiven Bereich 20 auf der Basis eines Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials, etwa
Alx Iny Gai-x-y N mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1. Die vom Halbleiterchip abgestrahlte Strahlung ist insbesondere unpolarisiert .
Weiterhin weist die optoelektronische Anordnung 1 ein
Strahlungskonversionselement 3 auf, das dem Halbleiterchip 2 in einer Abstrahlungsrichtung 21 nachgeordnet ist. Das
Strahlungskonversionselement 3 ist also Teil der
optoelektronischen Anordnung. Vor dem Austritt der im Betrieb der optoelektronischen Anordnung im Halbleiterchip 2
erzeugten Primärstrahlung aus einer Strahlungsaustrittsfläche 10 der optoelektronischen Anordnung muss die Strahlung also das Strahlungskonversionselement 3 durchqueren.
Das Strahlungskonversionselement 3 umfasst eine Mehrzahl von Konversionskörpern 4. Die Konversionskörper 4 weisen jeweils eine Symmetrieachse 40 auf. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die Konversionskörper längliche Konversionskörper, beispielsweise anorganische
Quantenstäbchen, bei denen eine Längserstreckungsachse die Symmetrieachse bildet. Eine Längsausdehnung entlang der
Längserstreckungsachse ist größer als eine senkrecht zur Längserstreckungsachse verlaufende maximale Querausdehnung 42.
Das Strahlungskonversionselement 3 weist ein Matrixmaterial 35 auf, in das die Konversionskörper 4 des
Strahlungskonversionselements 3 eingebettet sind. Das
Matrixmaterial enthält insbesondere ein Polymermaterial und/oder ein anorganisches Oxid. Zum Beispiel eignen sich als Matrixmaterial PET, PE, PS, PMMA, ein Acrylat, ein Epoxid, ein Silikon oder ein organisch-anorganisches Polymer mit zumindest einem Epoxid oder einem Silikon, beispielsweise ein Silikon, in das AI2O3 oder S1O2 eingebunden ist. Bei einer optischen Anregung der Konversionskörper 4 durch eine Primärstrahlung 81 emittieren die Konversionskörper eine Sekundärstrahlung 82.
In dem Strahlungskonversionselement 3 sind die einzelnen Konversionskörper 4 so orientiert, dass die Symmetrieachsen
40 der Konversionskörper 4 eine Vorzugsrichtung 45 aufweisen. Die Vorzugsrichtung verläuft insbesondere senkrecht zur
Abstrahlungsrichtung 21 und parallel zum aktiven Bereich 20. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen alle
Symmetrieachsen 40 parallel zur Vorzugsrichtung. In diesem Idealfall ist die in dem Strahlungskonversionselement 3 von den Konversionskörpern 4 erzeugte Sekundärstrahlung
vollständig polarisiert, wobei eine Vorzugspolarisation 48 der vom Strahlungskonversionselement abgestrahlten Strahlung in einer Ebene senkrecht zur Vorzugsrichtung 45 verläuft.
Einzelne Konversionskörper 4 können jedoch auch eine von der Vorzugsrichtung 45 abweichende Orientierung der
Symmetrieachse 40 aufweisen, so dass die Sekundärstrahlung 82 teilpolarisiert ist.
Die länglichen Konversionskörper 4 weisen zum Beispiel ein Verhältnis der Längsausdehnung zur maximalen Querausdehnung zwischen einschließlich 1,5:1 und einschließlich 40:1 auf. Die Konversionskörper 4 können beispielsweise Leuchtstoff- Partikel oder Leuchtstoff-Moleküle sein. Die
Konversionskörper können weiterhin ein organisches und/oder ein anorganisches Material enthalten. Insbesondere eignen sich die im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten anorgaischen und organischen Materialien für die
Konversionskörper . Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend müssen die Konversionskörper nicht notwendigerweise länglich ausgebildet sein. Beispielsweise können auch organische Moleküle Anwendung finden, deren Querausdehnung zur
Symmetrieachse gleich oder im Wesentlichen gleich der
Ausdehnung entlang der Symmetrieachse ist.
Die optoelektronische Anordnung 1 weist weiterhin ein reflektierendes Polarisationselement 5 auf. Das
reflektierende Polarisationselement ist dem
Strahlungskonversionselement 3 in Abstrahlungsrichtung 21 nachgeordnet. Das reflektierende Polarisationselement lässt Strahlung mit der Vorzugspolarisation 48 überwiegend durch und reflektiert eine senkrecht zur Vorzugspolarisation polarisierte Strahlung überwiegend. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel bildet das reflektierende
Polarisationselement 5 die Strahlungsaustrittsfläche 10 der optoelektronischen Anordnung 1.
Vorzugsweise lässt das reflektierende Polarisationselement 5 Strahlung mit der Vorzugspolarisation 48 zu mindestens 80 % durch. Weiterhin reflektiert das reflektierende
Polarisationselement senkrecht zur Vorzugspolarisation polarisierte Strahlungsanteile überwiegend. Strahlung, deren Polarisation nicht der Vorzugspolarisation entspricht, geht also zumindest überwiegend nicht durch Absorption am
reflektierenden Polarisationselement verloren, sondern wird reflektiert und gelangt so in das
Strahlungskonversionselement 3 zurück. Vorzugsweise beträgt die Reflektivität für diesen Strahlungsanteil mindestens 60 %, besonders bevorzugt mindestens 80 %.
Das reflektierende Polarisationselement 5 ist beispielsweise als eine vorgefertigte Folie ausgebildet, die an dem
Strahlungskonversionselement 3 befestigt ist. In Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 10 überdeckt das
reflektierende Polarisationselement 5 das
Strahlungskonversionselement 3 vollständig. Das
reflektierende Polarisationselement 5 grenzt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an das Strahlungskonversionselement 3 an. Davon abweichend können diese Elemente aber auch voneinander beabstandet sein, beispielsweise in einem Abstand von
höchstens 200 ym zueinander.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das reflektierende Polarisationselement 5 eine Mehrzahl von Schichten 51 mit einem anisotropen Brechungsindex auf. Dadurch lassen sich auf einfache und zuverlässige Weise eine polarisationsabhängige Transmission und gleichzeitig eine hohe Reflektivität für nicht durchgelassene Strahlungsanteile erzielen. Die
Reflektivität und/oder die Transmission können auch
wellenlängenselektiv sein und beispielsweise für die
Primärstrahlung höher oder niedriger sein als für die
Sekundärstrahlung.
Vorzugsweise weist das reflektierende Polarisationselement 5 für die im aktiven Bereich 20 unpolarisiert erzeugte
Primärstrahlung eine höhere Reflektivität auf als für die Sekundärstrahlung. Durch eine hohe Reflektivität für die Primärstrahlung können Strahlungsanteile mit der nicht geeigneten Polarisation zurückreflektiert werden. Die
Sekundärstrahlung wird dagegen bereits teilpolarisiert erzeugt, so dass durch eine niedrigere Reflektivität
Absorptionsverluste innerhalb der optoelektronischen
Anordnung 1 vermieden werden können. Die optoelektronische Anordnung 1 weist weiterhin einen
Reflektor 7 auf, der für die Primärstrahlung und die
Sekundärstrahlung diffus reflektierend ausgebildet ist. Der Reflektor weist vorzugsweise eine Reflektivität von
mindestens 80 % auf. Je höher die Reflektivität ist, desto geringer können die Absorptionsverluste innerhalb der
optoelektronischen Anordnung sein. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Reflektor durch eine Wand 26 einer Kavität 250 eines Gehäusekörpers 25 gebildet. Der
Halbleiterchip 2 ist in der Kavität 250 angeordnet und in lateraler Richtung, also parallel zu einer
Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs 20 von dem
Reflektor umgeben. Strahlung, die nicht die geeignete
Polarisation aufweist, um aus dem reflektierenden
Polarisationselement austreten zu können, kann an diesem reflektiert werden. Bei jeder insbesondere diffusen Reflexion innerhalb der optoelektronischen Anordnung 1, beispielsweise am Reflektor 7, ändert sich statistisch der
Polarisationszustand der Strahlung, so dass zumindest ein Teil der Strahlung bei einem nachfolgenden Auftreffen auf das reflektierende Polarisationselement 5 aus der
optoelektronischen Anordnung 1 austreten kann. In dem
Matrixmaterial 35 können zur Erhöhung der
Auskoppelwahrscheinlichkeit optional Diffusoren 75
eingebettet sein.
Die von der optoelektronischen Anordnung 1 erzeugte und durch die Strahlungsaustrittsfläche 10 der optoelektronischen
Anordnung austretende Strahlung ist polarisiert oder zumindest teilpolarisiert. Die optoelektronische Anordnung 1 stellt also selbst bereits polarisierte oder zumindest teilpolarisierte Strahlung zur Verfügung, so dass bei der Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige Verluste an dem Polarisationsfilter, der auf der Strahlungseintrittsseite der Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, verringert werden. Weiterhin wird die Sekundärstrahlung im
Strahlungskonversionselement 3 bedingt durch den
Erzeugungsmechanismus mittels orientierter Konversionskörper bereits mit einer Vorzugspolarisation erzeugt und die
Effizienz der optoelektronischen Anordnung erhöht.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die
optoelektronische Anordnung ein oberflächenmontierbares Halbleiterbauelement. Die Anschlussleiter, über die der
Halbleiterchip 2 von außerhalb des Gehäusekörpers 25 von der der Strahlungsaustrittsfläche 10 abgewandten Seite her extern elektrisch kontaktierbar ist, sind in den Figuren zur
vereinfachten Darstellung nicht gezeigt.
Das Strahlungskonversionselement 3 grenzt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an den Halbleiterchip 2 an und bildet eine Umhüllung 22 für den Halbleiterchip 2. Das
Strahlungskonversionselement kann davon abweichend aber auch ein vorgefertigtes Element sein, das an dem Halbleiterchip befestigt ist. Weiterhin kann das
Strahlungskonversionselement 3 auch von dem Halbleiterchip 2 beabstandet sein und insbesondere zusätzlich zu einer
Umhüllung vorgesehen sein.
Das Strahlungskonversionselement 3 kann weiterhin auch
Konversionskörper 4 aufweisen, die Sekundärstrahlungsanteile mit voneinander verschiedenen Peak-Wellenlängen erzeugen. Beispielsweise erzeugen erste Konversionskörper Strahlung im roten Spektralbereich und zweite Konversionskörper Strahlung im grünen Spektralbereich. Die optoelektronische Anordnung 1 kann selbstverständlich auch mehr als einen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Halbleiterchip 2 aufweisen, wobei die Halbleiterchips jeweils in einem Gehäuse oder mehrere Halbleiterchips in einem
Gehäuse angeordnet sein können. Weiterhin können alternativ mehrere Halbleiterchips auch in einem Gehäuse oder ungehäust auf einem Anschlussträger, etwa einer Leiterplatte angeordnet und elektrisch kontaktiert sein. Die Art der Gehäuse für die Halbleiterchips 2 ist in weiten Grenzen wählbar.
Beispielsweise kann der Gehäusekörper 25 auch durch ein
Material gebildet sein, das an den Halbleiterchip 2 angeformt ist und insbesondere den Reflektor 7 bildet.
Die optoelektronische Anordnung 1 weist weiterhin ein
optisches Element 6 auf. Das optische Element 6 ist dafür vorgesehen, die vom Strahlungskonversionselement 3
abgestrahlte Strahlung und durch das reflektierende
Polarisationselement austretende Strahlung
polarisationserhaltend umzulenken. Hierfür weist das optische Element exemplarisch eine Mehrzahl von langgestreckten
Prismen 61 auf, deren Längsrichtung 610 parallel zur
Vorzugsrichtung 45 verläuft. Insbesondere können die Prismen die Strahlung in einen nutzbaren Winkelbereich kollimieren. Das optische Element 6 kann beispielsweise als eine Folie ausgebildet sein, die auf dem reflektierenden
Polarisationselement 5 angeordnet ist. Die Folie kann
insbesondere als eine sogenannte helligkeitssteigernde Folie (Brightness Enhancement Film, BEF) ausgebildet sein. Das optische Element 6 und das reflektierende Polarisationselement 5 können auch einstückig in einer Folie ausgebildet sein. Weiterhin kann auf das optische Element auch verzichtet werden. Ein Ausführungsbeispiel für eine Anzeigevorrichtung 9 mit der beschriebenen optoelektronischen Anordnung 1 ist in Figur 1D schematisch gezeigt. Die Anzeigevorrichtung weist einen
Lichtleiter 91 auf, in den die von der optoelektronischen Anordnung abgestrahlte Strahlung seitlich eingekoppelt wird. Die optoelektronische Anordnung 1 ist auf einem
Anschlussträger 95, beispielsweise einer Leiterplatte
angeordnet. Die im Halbleiterchip 2 erzeugte Strahlung und in Abstrahlungsrichtung 21 abgestrahlte Strahlung passiert das reflektierende Polarisationselement 5, bevor die Strahlung in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Die in den Lichtleiter eingekoppelte Strahlung ist also polarisiert oder zumindest teilpolarisiert. Der Lichtleiter ist zweckmäßigerweise polarisationserhaltend ausgebildet. Die aus einer Hauptfläche 910 des Lichtleiters austretende Strahlung beleuchtet eine Flüssigkristallanzeige 92. Aufgrund der zumindest teilweise polarisierten Abstrahlung der optoelektronischen Anordnung 1 werden Absorptionsverluste an einem
Eingangspolarisationsfilter 920 der Flüssigkristallanzeige minimiert. Insbesondere werden in der optoelektronischen Anordnung 1 Strahlungsanteile, die für die Hinterleuchtung nicht nutzbar sind, beispielsweise aufgrund der ungeeigneten Polarisation, bereits bei der Erzeugung der Strahlung
zugunsten einer Erhöhung der nutzbaren Strahlung vermindert. Von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend kann die optoelektronische Anordnung 1 auch für die direkte
Hinterleuchtung der Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Ein Verfahren zum Herstellen eines
Strahlungskonversionselements ist in den Figuren 2A und 2B anhand zweier Zwischenschritte in schematischer Draufsicht gezeigt. Die Beschreibung erfolgt exemplarisch für ein
Strahlungskonversionselement wie es im Zusammenhang mit den Figuren 1A bis IC beschrieben ist.
Zur Ausbildung des Strahlungskonversionselements wird ein Ausgangsstoff 30 in flüssiger Form, der mit beispielsweise länglichen Konversionskörpern 4 mit jeweils einer
Symmetrieachse 40 versetzt ist, bereitgestellt. Der
Ausgangsstoff wird in eine Form 32 gefüllt, beispielsweise durch Gießen (molding), Spritzgießen (injection molding) oder Spritzpressen (transfer molding) . In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel dient eine Kavität 250 eines
Gehäusekörpers 25 als Form. Wie in Figur 2A gezeigt, sind die Symmetrieachsen 40 zunächst zufällig orientiert und weisen keine Vorzugsrichtung auf. Die Symmetrieachsen der Konversionskörper werden nachfolgend wie in Figur 2B gezeigt zumindest teilweise entlang einer Vorzugsrichtung 45 ausgerichtet. Dies kann beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes erfolgen. Nun wird der Ausgangsstoff 30 ausgehärtet, wobei das elektrische Feld zweckmäßigerweise zumindest so lange angelegt wird, bis sich der Ausgangsstoff hinreichend verfestigt hat, so dass die Ausrichtung der Konversionskörper 4 auch nach Abschalten des elektrischen Feldes bestehen bleibt. So kann auf einfache Weise ein Strahlungskonversionselement 3 hergestellt werden, das bei Anregung durch eine
Primärstrahlung eine zumindest teilpolarisierte
Sekundärstrahlung abstrahlt. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend können mit dem Verfahren auch freitragende Konversionselemente, etwa in Plättchen-Form ausgebildet werden. Hierfür kann die Form nach dem Aushärten entfernt werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 101 216.2, 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. Optoelektronische Anordnung (1) mit einem Halbleiterchip (2), der einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, wobei
- dem Halbleiterchip in Abstrahlungsrichtung (21) ein
Strahlungskonversionselement (3) nachgeordnet ist;
- das Strahlungskonversionselement eine Mehrzahl von
Konversionskörpern (4) mit jeweils einer Symmetrieachse (40) aufweist;
- eine räumliche Ausrichtung der Symmetrieachsen eine
Vorzugsrichtung (45) aufweist;
- eine von den Konversionskörpern abgestrahlte Strahlung eine Vorzugspolarisation (48) aufweist; und
- die optoelektronische Anordnung ein reflektierendes
Polarisationselement (5) aufweist, das dem
Strahlungskonversionselement in Abstrahlungsrichtung
nachgeordnet ist, wobei das reflektierende
Polarisationselement Strahlung mit der Vorzugspolarisation überwiegend durchlässt, und eine senkrecht zur
Vorzugspolarisation polarisierte Strahlung überwiegend reflektiert .
2. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1,
wobei die Vorzugsrichtung der Konversionskörper und die
Vorzugspolarisation in einer senkrecht zur
Abstrahlungsrichtung verlaufenden Ebene senkrecht zueinander verlaufen .
3. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Konversionskörper Quantenstäbchen enthalten und senkrecht zu einer Längserstreckungsachse eine maximale
Querausdehnung (42) aufweisen, wobei ein Verhältnis einer Längsausdehnung (41) entlang der Längserstreckungsachse zur maximalen Querausdehnung zwischen einschließlich 1,5:1 und einschließlich 40:1 beträgt.
4. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Halbleiterchip zumindest stellenweise von einem diffus reflektierenden Reflektor (7) umgeben ist.
5. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Strahlungskonversionselement ein Matrixmaterial (35) aufweist, in das die Konversionskörper eingebettet sind.
6. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 5,
wobei das Strahlungskonversionselement stellenweise
unmittelbar an den Halbleiterchip angrenzt.
7. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei Diffusoren (75) in das Matrixmaterial eingebettet sind.
8. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das reflektierende Polarisationselement eine Mehrzahl von Schichten (51) mit einem anisotropen Brechungsindex aufweist .
9. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das reflektierende Polarisationselement für eine vom Halbleiterchip abgestrahlte Primärstrahlung eine höhere
Reflektivität aufweist als für eine von dem
Strahlungskonversionselement abgestrahlte Sekundärstrahlung.
10. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das reflektierende Polarisationselement an das
Strahlungskonversionselement angrenzt oder um höchstens
200 ym von dem Strahlungskonversionselement beabstandet ist.
11. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei eine Haupterstreckungsebene des reflektierenden
Polarisationselements und eine Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs parallel zueinander verlaufen.
12. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die optoelektronische Anordnung ein
oberflächenmontierbares Halbleiterbauelement ist.
13. Optoelektronische Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die optoelektronische Anordnung zur Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige (92) vorgesehen ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines
Strahlungskonversionselements mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Ausgangsstoffs (30) in flüssiger Form, der mit Konversionskörpern (4) mit jeweils einer
Symmetrieachse (40) versetzt ist;
b) Füllen des Ausgangsstoffs in eine Form;
c) zumindest teilweises Ausrichten der Symmetrieachsen der Konversionskörper entlang einer Vorzugsrichtung; und
d) Aushärten des Ausgangsstoffs.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
bei dem die Konversionskörper durch ein elektrisches Feld ausgerichtet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
bei dem die Form eine Kavität (250) ist, in der zumindest ei Halbleiterchip (2) angeordnet ist.
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