WO2017167664A1 - Konverter zur teilweisen konversion einer primärstrahlung und lichtemittierendes bauelement - Google Patents

Konverter zur teilweisen konversion einer primärstrahlung und lichtemittierendes bauelement Download PDF

Info

Publication number
WO2017167664A1
WO2017167664A1 PCT/EP2017/057093 EP2017057093W WO2017167664A1 WO 2017167664 A1 WO2017167664 A1 WO 2017167664A1 EP 2017057093 W EP2017057093 W EP 2017057093W WO 2017167664 A1 WO2017167664 A1 WO 2017167664A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
structures
primary radiation
radiation
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/057093
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Brick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to CN201780022266.8A priority Critical patent/CN108886078B/zh
Priority to JP2018547902A priority patent/JP6925359B2/ja
Priority to US16/090,566 priority patent/US20190181302A1/en
Publication of WO2017167664A1 publication Critical patent/WO2017167664A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
    • H10H20/841—Reflective coatings, e.g. dielectric Bragg reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
    • H10H20/835—Reflective materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
    • H10H20/8512—Wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8514—Wavelength conversion means characterised by their shape, e.g. plate or foil

Definitions

  • One problem to be solved is to specify a converter with which particularly homogeneous mixed light can be generated.
  • Another object to be solved is to specify a light-emitting component which emits light in a particularly homogeneous manner.
  • a converter is specified.
  • the converter is designed for the partial conversion of a primary radiation. That is, primary radiation entering the converter is partially converted into secondary radiation by the converter
  • the secondary radiation includes
  • the converter is designed in particular for so-called “down conversion.” The converter then emits primary radiation during operation
  • the far field starts at a distance greater than 10 mm from the converter.
  • the converter comprises a base body.
  • the main body contains a
  • the main body can be one or more luminescence conversion materials
  • the base body consists of a ceramic or a semiconductive luminescence conversion material.
  • the converter has grown epitaxially.
  • the main body a
  • Matrix material such as a plastic material such as silicone or epoxy resin, into which particles
  • the luminescence conversion material may then be, for example, a ceramic
  • Lumineszenzkonversionsmaterial a semiconductor material or so-called quantum dot converter (QD - Quantum Dot) act.
  • the converter comprises a plurality of structures on an upper side of the converter.
  • the structures are arranged, for example, on a top surface of the base body.
  • the top surface is, for example, a main surface of the main body. That is, the converter is not flat on its upper side and is not formed smoothly within the manufacturing tolerance, but a plurality of structures are arranged on the upper side of the converter.
  • the structures can be
  • the structures are generated for example by structuring the converter by means of at least one photographic technique. Furthermore, it is possible that the structures are produced by a correspondingly shaped mold, by means of which the Converter for example injection molded or pressed is. Furthermore, the structures can also be generated by stamping. According to at least one embodiment of the converter, the structures are formed by elevations of the base body and / or
  • Base body points to the top of the converter
  • a plurality of surveys which are formed by material of the body.
  • the elevations may be, for example, bulges of the base body.
  • the elevations can adjoin the top side of the main body, for example, to a material which surrounds the converter in use of the converter.
  • the material may be, for example, air or a potting material.
  • the converter is bordered on its upper side, in particular, by a material which has a small refractive index than the converter.
  • Base body has recesses which extend at the top of the converter in the body. In the area of the recesses no material of the body is present. For example, the material of the body is there
  • the recesses can do this with a
  • the structures are designed to determine the proportion of primary radiation coming from the converter in a main emission direction
  • the primary radiation can partially pass through the converter without being converted at the top of the converter
  • Converter is, for example, that direction which is perpendicular to a main extension plane of the converter and / or to a main extension plane of the main body of the converter.
  • Exit probability does not change by more than +/- 10%, in particular no more than +/- 5% on the basis of
  • the structures are in particular not random roughenings of the base body at the top side of the converter, but preferably structures which have a uniform spacing from one another and / or have the same shape within the manufacturing tolerance and / or within the manufacturing tolerance same size
  • Manufacturing tolerance may in particular mean that a size deviates at most slightly from a target value, the deviation is not set specifically, but is due to imponderables in the production.
  • a converter is provided with
  • the structures are formed by elevations of the body and / or recesses in the body, and
  • the structures are not structures that deviate from the base body
  • the converter consists of the structured main body and has no further layers, which are applied to form the structuring.
  • the converter described here is based on the following consideration: converters for conversion of primary radiation, which are designed, for example, to convert blue light, can generate secondary radiation which mixes with the primary radiation, for example, to form white mixed radiation. The problem usually arises that the mixed radiation depends on
  • the mixed radiation for example, in
  • the converter described here is based inter alia on the idea that a reduction in the proportion of
  • Leaves main emission direction leads to a homogenization of the color impression in the far field, since for example the proportion of blue light can be reduced at a viewing angle of 0 °.
  • the structures are designed to prevent a part of the primary radiation from exiting the converter. That is, through the structures exits less primary radiation from the
  • Main radiation direction would leave, in particular reflected multiple times on the structures, so that the primary radiation is returned to the main body of the converter. There, this primary radiation is then for example partially converted into secondary radiation or the primary radiation leaves the converter at its top side facing away from the bottom.
  • the structures are designed to transmit a portion of the primary radiation as it exits the converter transversely to the
  • Structures can be the proportion of primary radiation that the
  • Leaves converter transversely to the main emission be greater than would be the case without the structures. In this way, it is possible that the structures in the far field at viewing angles other than 0 ° lead to an increase in the proportion of primary radiation.
  • adjacent structures are at a distance from one another.
  • the structures are, for example, within the framework of
  • Triangular grid arranged.
  • the structures each have adjacent structures.
  • the distance that adjacent structures have from one another may then be an average distance that is the actual distance between adjacent structures of the converter for example, by at most +/- 10%, in particular by
  • the distance between adjacent structures is, for example, the distance between the geometric ones
  • the distance between the structures is preferably large compared to a wavelength of the primary radiation.
  • the primary radiation has a peak
  • Wavelength at which it has a relative or a global maximum is then particularly large in the
  • the spacing of adjacent structures is at least 10 times, in particular at least 20 times or at least 40 times, as large as a wavelength of the primary radiation, in particular at least 10 times, in particular at least 20 times or at least 40 times as large as the peak Wavelength of the primary radiation is. Is it the case of
  • Primary radiation for example, to blue light, so can the
  • the structures are formed so large that the primary radiation and the secondary radiation are reflected and refracted at them according to the laws of geometric optics.
  • at least a majority of the plurality of structures has one
  • Base surface a top surface and at least one side surface, which connects the base surface and the top surface together and forms an angle with a main extension plane of the converter and / or the base body.
  • Structures in particular at least 75% of the structures, preferably all structures in the context of
  • Manufacturing tolerance have the desired property.
  • the base area has an extension which corresponds to at least 80% of the distance from adjacent structures.
  • the extension is then, for example, an edge length, in particular the largest edge length of
  • Base areas or around a diameter of the base area.
  • the extent of the base area can also correspond to the distance from adjacent structures. That is, in this case, the structures at the top of the converter immediately adjoin one another so that there is no unstructured area of the body between the structures.
  • the cover surface has an extension which corresponds to at most 30% of the extent of the base surface.
  • the extent of the top surface can be, for example, an edge length, in particular the largest edge length of the top surface, or a diameter of the top surface.
  • the extension of the top surface is smaller than the Extension of the base area.
  • Area has as the top surface, d. H. If the structures are elevations, the elevations taper, for example, in the main emission direction. If the structures are recesses, the structures widen in the main emission direction.
  • the converter for at least a majority of the plurality of structures that the angle between the side surface and the
  • Main body at least in places between at least 60 ° and at most 80 °.
  • Body is constant along the entire side surface within the manufacturing tolerance and is between at least 60 ° and at most 80 °
  • the base area has an extension that corresponds to at least 80% of the distance from adjacent structures that
  • Deck surface has an extension that corresponds to at most 30% of the extension of the base and the angle
  • the top surface has a smaller surface area than the base surface.
  • At least a majority of the plurality of structures is formed by one of the following geometric bodies:
  • the structures within the manufacturing tolerance can be approximated by one of the mentioned geometric bodies.
  • the geometric bodies can also be any base surfaces
  • Truncated pyramid can be an n-corner with n> 2. Furthermore, the structures in the plan view of the converter can be arranged twisted relative to one another. That is, the structures need not be arranged uniformly with the same orientation.
  • the light-emitting component may be, for example, a light-emitting diode.
  • the light emitting device may include a converter as described herein, i. H. All the features disclosed for the converter are also for the
  • this includes
  • the light-emitting component a radiation-emitting semiconductor chip which emits primary radiation during operation.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a light-emitting diode chip
  • the radiation-emitting semiconductor chip is a so-called surface emitter is mentioned, which emits a large part of the exiting primary radiation through a top surface on an upper side of the semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip may be a so-called volume emitter, in which
  • the light-emitting component comprises a converter described here, which forms part of the
  • the converter is at the top of the light-emitting component
  • the converter is applied, for example, directly to the top of the semiconductor chip on this. Furthermore, it is possible that the
  • Converter by means of a connecting means, for. As an adhesive, is attached to the top of the semiconductor chip to this.
  • the primary radiation then enters the converter at the top side of the semiconductor chip.
  • the converter faces the semiconductor chip with its underside facing away from the upper side, so that the primary radiation enters from the underside of the converter.
  • Component then preferably takes place mainly at the top of the converter, which faces away from the semiconductor chip.
  • the component emits during operation
  • a light-emitting component is specified with
  • the converter is arranged on an upper side of the semiconductor chip, and
  • the mixed radiation is white light.
  • the mixed radiation may be any suitable radiation.
  • the mixed radiation may be any suitable radiation.
  • the mixed radiation may be any suitable radiation.
  • the converter is specifically structured on its upper side, so that an emission of primary radiation in the main emission direction is slightly reduced.
  • the light-emitting component comprises a cladding which laterally surrounds the semiconductor chip and the converter, wherein the cladding for primary radiation and
  • the wrapper is, for example, a plastic material such as silicone or epoxy resin, which is provided with radiation-scattering and / or
  • Radiation-reflecting particles is filled.
  • the plastic material is filled with titanium dioxide particles.
  • the particles can give the envelope a white color impression.
  • On the envelope striking primary radiation or incident on the envelope secondary radiation is applied to the envelope z. B. reflected back into the semiconductor chip or in the converter, so that finally, for example, only at the top of the converter, an exit of light.
  • the wrapping material is filled with titanium dioxide particles.
  • the particles can give the envelope a white color impression.
  • On the envelope striking primary radiation or incident on the envelope secondary radiation is applied to the envelope z. B. reflected back into the semiconductor chip or in the converter, so that finally, for example, only at the top of the converter, an exit of light.
  • the converter 10 is provided for the partial conversion of a primary radiation 5.
  • the primary radiation is in the converter 10 partially to the secondary radiation. 6
  • the electromagnetic radiation 5, 6 leaves the converter 10 at its top in the main emission direction R, which is perpendicular to a main extension plane of the
  • the converter 10 comprises a main body 12, the one
  • the main body 12 Contains or consists of luminescence conversion material.
  • Luminescence conversion materials eg. As particles of a luminescence conversion material, introduced into a matrix which may be formed with silicone. Furthermore, it is possible for the conversion element 10 to be a
  • Conversion element for example, from a ceramic or a semiconducting
  • Lumineszenzkonversionsmaterial consists.
  • the converter comprises a plurality of structures 11 at the top 10a of the converter, the structures in the
  • Base body 12 are formed.
  • FIG. 1B shows the structures through recesses in FIG
  • Base body 12 is formed.
  • the structures 11 are adapted to the proportion of primary radiation 5, which consists of the converter 10 in the
  • Main emission direction R exits, reduce.
  • the structures may, for example, be structures that are formed within the manufacturing tolerance by one of the following geometric bodies:
  • the structures 11 are uniform in terms of their shape, their size and their arrangement in the converters, as shown in Figures 1A and 1B
  • the structures 11 are arranged, for example, at the grid points of a regular grid, they have the same size and the same shape within the manufacturing tolerance.
  • the structures 11 are formed by truncated pyramids.
  • the structures 11 have a top surface IIa, a bottom surface IIb and side surfaces 11c which connect the top surface IIa to the bottom surface IIb.
  • the structures 11 have at their base IIb a
  • Extension B which is for example the diameter of the base of the structure 11.
  • the top surface IIa has an extension D, for example, the diameter the top surface IIa is.
  • Structure is formed larger than the top surface IIa of each structure.
  • the side surface 11c extends transversely to the main extension plane of the converter 10 and encloses with this an angle ß.
  • the base area IIb and the top surface IIa run within the manufacturing tolerance parallel to
  • Adjacent structures 11 have the distance P from each other, for example, the distance of the geometric
  • the structures 11 are designed to have the following dimensions:
  • the distance P between adjacent structures is preferably large relative to the wavelength of the primary radiation 5 and may be, for example, 20 ⁇ m.
  • FIG. 3 explains in more detail an exemplary embodiment of a light-emitting component described here.
  • Light-emitting component includes, for example, a Carrier 1, which is, for example, a connection carrier which is designed for the electrical connection of the radiation-emitting semiconductor chip 2 arranged on its upper side.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 is
  • a converter 10 described here is arranged, which has the base body 12 and the structures 11 structured in the base body and / or from the base body 12.
  • connection means 4 for the mechanical and optical connection of semiconductor chip and converter 3 can be arranged.
  • the connecting means 4 is an adhesive. Laterally around the semiconductor chip 2 and the converter 3 around the envelope 3 is arranged, which may be formed, for example, white and reflective.
  • the converter 10 described here is characterized in that a radiation of primary radiation 5 in the
  • Main emission R is reduced. This is achieved in the present case in two different ways.
  • the mode of action of Converter is explained on the basis of surveys formed as elevations 11, with corresponding effects with the explained for example in Figures 1B and 2B structures, as recesses in the base body 12th
  • Structure 11 is reflected, totally Reflected example, and meets the top surface IIa, where again a reflection in the direction of a second side surface 11c of the structure 11 takes place, from where the primary radiation 5 is reflected back into the converter 10. That means it takes place
  • Main emission direction R has entered the structure 11, by multiple reflection. This reduces the proportion of primary radiation that the converter 10 in
  • Main emission direction R at the top 10a leaves. A portion of the primary radiation 5 can emerge on the top surface IIa or the side surface 11c as a broken primary radiation 5 to the side (not shown).
  • Main radiation direction R penetrates into the structure 11, for example, can be reflected on a first side surface 11c, see Figure 4B.
  • the primary radiation 5 then impinges, for example, on a second side surface 11c, at which it is partially broken and laterally decoupled.
  • the proportion of primary radiation 5, which is radiated in the main emission direction R is reduced, whereas the proportion of primary radiation, which is emitted transversely to the main emission direction R, is increased.
  • the effect of a converter 10 described here in a light-emitting component described here is explained with reference to the graphs of FIGS. 5A, 5B, 5C. It is assumed that the converter 10 has an average thickness of 200 ym and a reflective casting with titanium dioxide particles forms the sheath 3 around the chip 2 and the converter 3.
  • the structuring is a truncated pyramid, which is arranged at a distance P of 20 ym from each other.
  • the curve 21 refers to a measurement in which the structures 11 are formed as elevations.
  • the angle ⁇ is chosen to be 72 °, the extension B of the base surface IIb is 19 ⁇ m, and the extension D of the top surface IIa is 1, 9 ⁇ m.
  • the curve 22 relates to measurements for a converter 10, in which the structures are formed as recesses having an angle ⁇ of 70 °.
  • B is for the
  • Recesses 17 ym and D is 1.7 ym.
  • the curves 23, 24, 25 relate to light-emitting components without structured converter, which are used for comparison.
  • the intensity I is normalized to 1 as a function of
  • the emission characteristic that is to say the intensity
  • the intensity is hardly influenced as a function of the structuring 11.
  • the curve 22 which shows measurements for recesses, there is no difference to conventional ones
  • a converter described here can replace conventional converters without influencing the emission characteristic, which allows use in existing products without, for example, having to adapt downstream optics.
  • FIG. 5B shows the Cx component in the CIE-xy color space of a color location measurement of the light emitted by the light-emitting components under consideration as a function of FIG. 5C shows the Cy component in the CIE-xy color space.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

Es wird ein Konverter (10) zur teilweisen Konversion einer Primärstrahlung (5) angegeben mit -einem Grundkörper (12), der ein Lumineszenzkonversionsmaterial enthält, und -einer Vielzahl von Strukturen (11) an einer Oberseite (10a) des Konverters (10), wobei -die Strukturen (11) durch Erhebungen des Grundkörper (12) und/oder Ausnehmungen im Grundkörper (12) gebildet sind, und -die Strukturen (11) dazu ausgebildet sind, den Anteil von Primärstrahlung (5), der aus dem Konverter in einer Hauptabstrahlrichtung (R) austritt, zu reduzieren. Darüber hinaus wird ein lichtemittierendes Bauelement mit einem solchen Konverter angegeben.

Description

Beschreibung
Konverter zur teilweisen Konversion einer Primärstrahlung und lichtemittierendes Bauelement
Es wird ein Konverter zur teilweisen Konversion einer
Primärstrahlung angegeben. Darüber hinaus wird ein
lichtemittierendes Bauelement angegeben. Die Druckschrift DE 102013106799 AI beschreibt einen
Konverter .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Konverter anzugeben, mit dem besonders homogenes Mischlicht erzeugt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein lichtemittierendes Bauelement anzugeben, welches Licht besonders homogen abstrahlt.
Es wird ein Konverter angegeben. Der Konverter ist zur teilweisen Konversion einer Primärstrahlung ausgebildet. Das heißt, Primärstrahlung, die in den Konverter eintritt, wird vom Konverter teilweise in eine Sekundärstrahlung
umgewandelt. Dabei umfasst die Sekundärstrahlung
Wellenlängen, die größer sind als Wellenlängen der
Primärstrahlung. Das heißt, der Konverter ist insbesondere zur so genannten „down conversion" ausgebildet. Der Konverter emittiert im Betrieb dann Primärstrahlung und
Sekundärstrahlung, die sich im Fernfeld, also bei Abständen zum Konverter, die groß sind im Vergleich zu den Wellenlängen des abgestrahlten Lichts, zu einer Mischstrahlung mischen.
Beispielsweise beginnt das Fernfeld einem Abstand von größer als 10 mm vom Konverter. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Konverter einen Grundkörper. Der Grundkörper enthält ein
Lumineszenzkonversionsmaterial. Der Grundkörper kann dabei eines oder mehrere Lumineszenzkonversionsmaterialien
enthalten oder aus diesen bestehen. Insbesondere ist es möglich, dass der Grundkörper aus einem keramischen oder einem halbleitenden Lumineszenzkonversionsmaterial besteht. Im Falle eines halbleitenden Lumineszenzkonversionsmaterials ist es möglich, dass der Konverter epitaktisch gewachsen ist. Ferner ist es möglich, dass der Grundkörper ein
Matrixmaterial wie beispielsweise ein Kunststoffmaterial wie Silikon oder Epoxidharz umfasst, in welches Partikel
zumindest eines Lumineszenzkonversionsmaterials eingebracht sind. Bei dem Lumineszenzkonversionsmaterial kann es sich dann beispielsweise um ein keramisches
Lumineszenzkonversionsmaterial, ein organisches
Lumineszenzkonversionsmaterial, ein Halbleitermaterial oder um so genannte Quantenpunkt-Konverter (QD - Quantum Dot) handeln .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters umfasst der Konverter eine Vielzahl von Strukturen an einer Oberseite des Konverters. Die Strukturen sind dabei beispielsweise an einer Deckfläche des Grundkörpers angeordnet. Die Deckfläche ist beispielsweise eine Hauptfläche des Grundkörpers. Das heißt, der Konverter ist an seiner Oberseite nicht eben und im Rahmen der Herstellungstoleranz nicht glatt ausgebildet, sondern eine Vielzahl von Strukturen sind an der Oberseite des Konverters angeordnet. Die Strukturen können
beispielsweise durch eine Strukturierung des Konverters mittels zumindest einer Fototechnik erzeugt sein. Ferner ist es möglich, dass die Strukturen durch ein entsprechend gestaltetes Formwerkzeug erzeugt sind, mittels dem der Konverter zum Beispiel Spritzgegossen oder Spitzgepresst ist. Ferner können die Strukturen auch über Stempeln erzeugt werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters sind die Strukturen durch Erhebungen des Grundkörpers und/oder
Ausnehmungen im Grundkörper gebildet. Das heißt, der
Grundkörper weist an der Oberseite des Konverters
beispielsweise eine Vielzahl von Erhebungen auf, die durch Material des Grundkörpers gebildet sind. Bei den Erhebungen kann es sich beispielsweise um Ausbuchtungen des Grundkörpers handeln .
Die Erhebungen können an der Oberseite des Grundkörpers beispielsweise an ein Material grenzen, welches den Konverter im Einsatz des Konverters umgibt. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um Luft oder ein Vergussmaterial handeln. Der Konverter grenzt an seiner Oberseite dabei insbesondere an ein Material, das einen kleinen Brechungsindex als der Konverter aufweist.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der
Grundkörper Ausnehmungen aufweist, die sich an der Oberseite des Konverters in den Grundkörper erstrecken. Im Bereich der Ausnehmungen ist kein Material des Grundkörpers vorhanden. Beispielsweise ist das Material des Grundkörpers dort
entfernt. Die Ausnehmungen können dabei mit einem den
Konverter umgebenden Material gefüllt sein. Bei dem
umgebenden Material kann es sich beispielsweise um Luft oder ein Vergussmaterial handeln. Die Ausnehmungen sind dann insbesondere mit einem Material gefüllt, das einen kleineren Brechungsindex als der Konverter aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters sind die Strukturen dazu ausgebildet, den Anteil von Primärstrahlung, der aus dem Konverter in einer Hauptabstrahlrichtung
austritt, zu reduzieren. Das heißt, Primärstrahlung tritt in den Konverter beispielsweise an einer der Oberseite
gegenüberliegenden Unterseite ein. Die Primärstrahlung kann teilweise ohne konvertiert zu werden durch den Konverter verlaufen und an der Oberseite des Konverters aus dem
Konverter austreten. Die Hauptabstrahlrichtung aus dem
Konverter ist dabei beispielsweise diejenige Richtung, die zu einer Haupterstreckungsebene des Konverters und/oder zu einer Haupterstreckungsebene des Grundkörpers des Konverters senkrecht steht.
Die Strukturen sind nun hinsichtlich ihrer Form und/oder ihrer Größe und/oder ihrer Verteilung an der Oberseite des Konverters derart ausgebildet, dass der Anteil von
Primärstrahlung, der aus dem Konverter in einer
Hauptabstrahlrichtung austritt, durch die Strukturen
reduziert wird. Mit anderen Worten, wenn die Strukturen nicht vorhanden sind oder wenn andere Strukturen vorhanden sind, tritt aus dem Konverter ein größerer Anteil von
Primärstrahlung in der Hauptabstrahlrichtung aus, als dies mit den Strukturen der Fall ist.
Die Strukturen sind dabei insbesondere nicht dazu
ausgebildet, eine Austrittswahrscheinlichkeit für die
Primärstrahlung oder für die im Konverter erzeugte
Sekundärstrahlung zu erhöhen. Vielmehr bleibt die
Austrittswahrscheinlichkeit für Primärstrahlung und
Sekundärstrahlung im Wesentlichen gleich, d. h. die
Austrittswahrscheinlichkeit verändert sich höchstens um +/- 10 %, insbesondere höchstens um +/- 5 % aufgrund der
Strukturen .
Bei den Strukturen handelt es sich dazu insbesondere nicht um zufällige Aufrauungen des Grundkörpers an der Oberseite des Konverters, sondern bevorzugt um Strukturen, die einen gleichmäßigen Abstand zueinander aufweisen und/oder im Rahmen der Herstellungstoleranz eine gleiche Form aufweisen und/oder im Rahmen der Herstellungstoleranz eine gleiche Größe
aufweisen und/oder im Rahmen der Herstellungstoleranz an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind. „Im Rahmen der Herstellungstoleranz" kann insbesondere heißen, dass eine Größe höchstens geringfügig von einem Zielwert abweicht, wobei die Abweichung nicht gezielt eingestellt ist, sondern durch Unwägbarkeiten in der Herstellung begründet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Konverter angegeben mit
- einem Grundkörper, der ein Lumineszenzkonversionsmaterial enthält, und
- einer Vielzahl von Strukturen an einer Oberseite des
Konverters, wobei
- die Strukturen durch Erhebungen des Grundkörper und/oder Ausnehmungen im Grundkörper gebildet sind, und
- die Strukturen dazu ausgebildet sind, den Anteil von
Primärstrahlung, der aus dem Konverter in einer
Hauptabstrahlrichtung austritt, zu reduzieren. Insbesondere handelt es sich bei den Strukturen nicht um Strukturen, die mit einem vom Grundkörper abweichenden
Material gebildet sind, sondern die Strukturen sind in den Grundkörper strukturiert oder aus Material des Grundkörpers gebildet. Mit anderen Worten besteht der Konverter aus dem strukturierten Grundkörper und weist keine weiteren Schichten auf, welche zur Bildung der Strukturierung aufgebracht sind. Dem hier beschriebenen Konverter liegt dabei unter anderem die folgende Überlegung zugrunde: Konverter zur Konversion von Primärstrahlung, die beispielsweise zur Konversion von blauem Licht ausgebildet sind, können Sekundärstrahlung erzeugen, die sich mit der Primärstrahlung beispielsweise zu weißer Mischstrahlung mischt. Dabei tritt für gewöhnlich das Problem auf, dass die Mischstrahlung abhängig vom
Betrachtungswinkel eine deutliche Farbvariation aufweist. So kann die Mischstrahlung beispielsweise in
Hauptabstrahlrichtung, bei einem Betrachtungswinkel von 0° im Fernfeld, einen erhöhten Anteil der Primärstrahlung, z. B. einen erhöhten Anteil von blauem Licht, aufweisen. Zur Seite, d. h. beispielsweise bei einem Betrachtungswinkel von 90° im Fernfeld, kann dann der Anteil der Sekundärstrahlung,
beispielsweise von gelbem Licht, überwiegen. Insgesamt wird auf diese Weise keine homogene Abstrahlung in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel erreicht.
Dem hier beschriebenen Konverter liegt nun unter anderem die Idee zugrunde, dass eine Reduzierung des Anteils von
Primärstrahlung, der aus dem Konverter in einer
Hauptabstrahlrichtung austritt, zu einer Homogenisierung des Farbeindrucks im Fernfeld führt, da beispielsweise der Anteil von blauem Licht unter einem Betrachtungswinkel von 0° reduziert sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters sind die Strukturen dazu ausgebildet, einen Teil der Primärstrahlung am Austritt aus dem Konverter zu hindern. Das heißt, durch die Strukturen tritt weniger Primärstrahlung aus dem
Konverter aus, als dies ohne die Strukturen der Fall wäre. Zum Beispiel wird Primärstrahlung, die den Konverter in
Hauptabstrahlrichtung verlassen würde, an den Strukturen insbesondere mehrfach reflektiert, sodass die Primärstrahlung in den Grundkörper des Konverters zurückgeführt wird. Dort wird diese Primärstrahlung dann beispielsweise zum Teil in Sekundärstrahlung umgewandelt oder die Primärstrahlung verlässt den Konverter an seiner der Oberseite abgewandten Unterseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters sind die Strukturen dazu ausgebildet, einen Teil der Primärstrahlung beim Austritt aus dem Konverter quer zur
Hauptabstrahlrichtung zu lenken. Das heißt, durch die
Strukturen kann der Anteil von Primärstrahlung, der den
Konverter quer zur Hauptabstrahlrichtung verlässt, größer sein, als dies ohne die Strukturen der Fall wäre. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Strukturen im Fernfeld unter Betrachtungswinkeln ungleich 0° zu einer Erhöhung des Anteils der Primärstrahlung führen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters weisen benachbarte Strukturen einen Abstand voneinander auf. Die Strukturen sind beispielsweise im Rahmen der
Herstellungstoleranz an den Eckpunkten eines regelmäßigen Gitters, z. B. eines Rechteckgitters oder eines
Dreieckgitters, angeordnet. Die Strukturen weisen jeweils benachbarte Strukturen auf. Bei dem Abstand, den benachbarte Strukturen voneinander aufweisen, kann es sich dann um einen mittleren Abstand handeln, um den der tatsächliche Abstand zwischen benachbarten Strukturen des Konverters beispielsweise um höchstens +/- 10 %, insbesondere um
höchstens +/- 5 % schwankt.
Der Abstand zwischen benachbarten Strukturen ist dabei beispielsweise der Abstand zwischen den geometrischen
Schwerpunkten der Strukturen gemessen in einer Ebene, die zur Haupterstreckungsebene des Konverters und/oder des
Grundkörpers parallel verläuft. Bei dem Abstand handelt es sich dann beispielsweise um das Abstandsmaß (englisch:
pitch) , mit dem die Strukturen an der Oberseite des
Konverters angeordnet sind.
Der Abstand zwischen den Strukturen ist dabei vorzugsweise groß gegen eine Wellenlänge der Primärstrahlung.
Beispielsweise weist die Primärstrahlung eine Peak-
Wellenlänge auf, bei der sie ein relatives oder ein globales Maximum hat. Der Abstand ist dann insbesondere groß im
Vergleich zu dieser Peak-Wellenlänge . Insbesondere ist es möglich, dass der Abstand benachbarter Strukturen wenigstens 10 Mal, insbesondere wenigstens 20 Mal oder wenigstens 40 Mal, so groß wie eine Wellenlänge der Primärstrahlung, insbesondere wenigstens 10 Mal, insbesondere wenigstens 20 Mal oder wenigstens 40 Mal, so groß wie die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung ist. Handelt es sich bei der
Primärstrahlung beispielsweise um blaues Licht, so kann der
Abstand im Bereich zwischen 15 ym und 25 ym, insbesondere bei 20 ym liegen.
Bevorzugt sind die Strukturen so groß ausgebildet, dass die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung an ihnen gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik reflektiert und gebrochen werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters weist zumindest ein Großteil der Vielzahl von Strukturen eine
Grundfläche, eine Deckfläche und zumindest eine Seitenfläche auf, welche die Grundfläche und die Deckfläche miteinander verbindet und einen Winkel mit einer Haupterstreckungsebene des Konverters und/oder des Grundkörpers einschließt.
„Zumindest ein Großteil der Vielzahl von Strukturen" heißt dabei hier und im Folgenden, dass wenigstens 50 % der
Strukturen, insbesondere wenigstens 75 % der Strukturen, vorzugsweise alle Strukturen im Rahmen der
Herstellungstoleranz die gewünschte Eigenschaft aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters gilt für zumindest einen Großteil der Vielzahl von Strukturen, dass die Grundfläche eine Erstreckung aufweist, die wenigstens 80 % des Abstands von benachbarten Strukturen entspricht. Bei der Erstreckung handelt es sich dann beispielsweise um eine Kantenlänge, insbesondere die größte Kantenlänge der
Grundflächen, oder um einen Durchmesser der Grundfläche. Die Erstreckung der Grundfläche kann dabei auch dem Abstand von benachbarten Strukturen entsprechen. Das heißt, in diesem Fall grenzen die Strukturen an der Oberseite des Konverters unmittelbar aneinander, sodass kein unstrukturierter Bereich des Grundkörpers zwischen den Strukturen vorhanden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters gilt zumindest für einen Großteil der Vielzahl von Strukturen, dass die Deckfläche eine Erstreckung aufweist, die höchstens 30 % der Erstreckung der Grundfläche entspricht. Bei der Erstreckung der Deckfläche kann es sich beispielsweise um eine Kantenlänge, insbesondere die größte Kantenlänge der Deckfläche, oder um einen Durchmesser der Deckfläche handeln. Die Erstreckung der Deckfläche ist kleiner als die Erstreckung der Grundfläche. Insbesondere weisen die
Strukturen eine Grundfläche auf, die einen größeren
Flächeninhalt aufweist als die Deckfläche, d. h. handelt es sich bei den Strukturen um Erhebungen, so verjüngen sich die Erhebungen beispielsweise in Hauptabstrahlrichtung. Handelt es sich bei den Strukturen um Ausnehmungen, so verbreitern sich die Strukturen in Hauptabstrahlrichtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters gilt für zumindest einen Großteil der Vielzahl von Strukturen, dass der Winkel zwischen der Seitenfläche und der
Haupterstreckungsebene des Konverters und/oder des
Grundkörpers zumindest stellenweise zwischen wenigstens 60° und höchstens 80° beträgt. Bevorzugt verläuft die
Seitenfläche im Rahmen der Herstellungstoleranz entlang einer Ebene, so dass der Winkel zwischen der Seitenfläche und der Haupterstreckungsebene des Konverters und/oder des
Grundkörpers entlang der gesamten Seitenfläche im Rahmen der Herstellungstoleranz konstant ist und zwischen wenigstens 60° und höchstens 80° beträgt
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters gilt für zumindest einen Großteil der Vielzahl von Strukturen, dass die Grundfläche eine Erstreckung aufweist, die wenigstens 80 % des Abstands von benachbarten Strukturen entspricht, die
Deckfläche eine Erstreckung aufweist, die höchstens 30 % der Erstreckung der Grundfläche entspricht und der Winkel
zwischen der Seitenfläche und der Haupterstreckungsebene des Konverters zwischen wenigstens 60° und höchstens 80° beträgt. Die Deckfläche weist dabei einen kleineren Flächeninhalt als die Grundfläche auf. Insbesondere mit solchen Strukturen ist es möglich, den Anteil von Primärstrahlung, der aus dem Konverter in eine Hauptabstrahlrichtung austritt, zu
reduzieren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konverters ist zumindest ein Großteil der Vielzahl von Strukturen durch einen der folgenden geometrischen Körper gebildet:
Pyramidenstumpf, Kegelstumpf, inverser Pyramidenstumpf, inverser Kegelstumpf. Mit anderen Worten lassen sich die Strukturen im Rahmen der Herstellungstoleranz durch einen der genannten geometrischen Körper approximieren. Dabei können die geometrische Körper auch beliebige Grundflächen
aufweisen. Das heißt, zum Beispiel die Grundfläche des
Pyramidenstumpfs kann ein n-Eck mit n>2 sein. Ferner können die Strukturen in der Draufsicht auf den Konverter verdreht zueinander angeordnet sein. Das heißt, die Strukturen müssen nicht einheitlich mit der gleichen Orientierung angeordnet sein .
Es wird darüber hinaus ein lichtemittierendes Bauelement angegeben. Bei dem lichtemittierenden Bauelement kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode handeln. Das
lichtemittierende Bauelement kann insbesondere einen hier beschriebenen Konverter enthalten, d. h. sämtliche für den Konverter offenbarten Merkmale sind auch für das
lichtemittierende Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
lichtemittierende Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb Primärstrahlung emittiert. Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder um einen
Laserdiodenchip. Insbesondere ist es möglich, dass es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um einen so genannten Oberflächen-Emitter handelt, der einen Großteil der austretenden Primärstrahlung durch eine Deckfläche an einer Oberseite des Halbleiterchips emittiert. Außerdem kann es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um einen so genannten Volumen-Emitter handelt, bei dem an
Seitenflächen ein reflektierendes Material angebracht ist, so dass ein Großteil der austretenden Primärstrahlung durch eine Deckfläche an einer Oberseite des Halbleiterchips abgestrahlt wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Bauelements umfasst das lichtemittierende Bauelement einen hier beschriebenen Konverter, der einen Teil der
Primärstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Bauelements ist der Konverter an der Oberseite des
Halbleiterchips angeordnet. Das heißt, der Konverter ist beispielsweise direkt an der Oberseite des Halbleiterchips auf diesen aufgebracht. Ferner ist es möglich, dass der
Konverter mittels eines Verbindungsmittels, z. B. eines Klebstoffs, an der Oberseite des Halbleiterchips an diesem befestigt ist. Im Betrieb des Halbleiterchips tritt dann die Primärstrahlung an der Oberseite des Halbleiterchips in den Konverter ein. Der Konverter ist mit seiner der Oberseite abgewandten Unterseite dem Halbleiterchip zugewandt, sodass die Primärstrahlung von der Unterseite des Konverters her eintritt. Ein Lichtaustritt aus dem lichtemittierenden
Bauelement erfolgt dann vorzugsweise hauptsächlich an der Oberseite des Konverters, welche dem Halbleiterchip abgewandt ist . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Bauelements emittiert das Bauelement im Betrieb
Mischstrahlung aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung. Das heißt, zumindest im Fernfeld mischen sich die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung zur Mischstrahlung. Aufgrund des hier beschriebenen Konverters ist es dabei möglich, dass die Farbhomogenität der Mischstrahlung in Abhängigkeit vom
Betrachtungswinkel gegenüber lichtemittierenden Bauelementen ohne einen hier beschriebenen Konverter verbessert, das heißt homogener, ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Bauelements wird ein lichtemittierendes Bauelement angegeben mit
- einem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip der im Betrieb Primärstrahlung emittiert, und
- einem Konverter, der einen Teil der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert, wobei
- der Konverter an einer Oberseite des Halbleiterchips angeordnet ist, und
- im Betrieb Mischstrahlung aus Primärstrahlung und
Sekundärstrahlung emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Bauelements ist die Mischstrahlung weißes Licht.
Beispielsweise kann es sich bei der Mischstrahlung um
warmweißes oder kaltweißes Licht handeln.
Beim hier beschriebenen lichtemittierenden Bauelement ist der Konverter an seiner Oberseite gezielt strukturiert, sodass eine Emission von Primärstrahlung in Hauptabstrahlrichtung leicht reduziert ist. Der Anteil von Primärstrahlung in
Hauptabstrahlrichtung kann dabei insbesondere über zwei Effekte, die durch den hier beschriebenen Konverter erzeugt werden können, erfolgen.
Zum einen kann eine Reflexion der Primärstrahlung an
Seitenflächen der Strukturen sowie an der Deckfläche der Struktur dazu führen, dass die Primärstrahlung in den
Konverter zurückgelenkt wird.
Zum anderen kann eine Reflexion von Primärstrahlung an einer Seitenfläche der Struktur sowie eine Fresnel-Reflexion an einer Seitenfläche der Struktur und eine Brechung von an der Seitenfläche der Struktur austretender Primärstrahlung zu einer verstärkten seitlichen Emission, quer zur
Hauptabstrahlrichtung führen. Dadurch ergibt sich ein
lichtemittierendes Bauelement, bei dem bezüglich des
Betrachtungswinkels im Fernfeld die Farbhomogenität der
Mischstrahlung erhöht ist. Auf diese Weise erscheint das Mischlicht in Hauptabstrahlrichtung beispielsweise nicht mehr bläulich, sondern weiß und das Mischlicht unter großen
Betrachtungswinkeln erscheint beispielsweise nicht mehr gelblich, sondern weiß.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des lichtemittierenden Bauelements umfasst das lichtemittierende Bauelement eine Umhüllung, die den Halbleiterchip und den Konverter seitlich umgibt, wobei die Umhüllung für Primärstrahlung und
Sekundärstrahlung reflektierend ausgebildet ist und sich stellenweise in direktem Kontakt mit dem Halbleiterchip und dem Konverter befindet. Bei der Umhüllung handelt es sich beispielsweise um ein Kunststoffmaterial wie Silikon oder Epoxidharz, das mit strahlungsstreuenden und/oder
Strahlungsreflektierenden Partikeln gefüllt ist. Zum Beispiel ist das Kunststoffmaterial mit Titandioxid-Partikeln gefüllt. Die Partikel können der Umhüllung einen weißen Farbeindruck verleihen. Auf die Umhüllung treffende Primärstrahlung oder auf die Umhüllung treffende Sekundärstrahlung wird an der Umhüllung z. B. in den Halbleiterchip oder in den Konverter zurückreflektiert, sodass schlussendlich beispielsweise lediglich an der Oberseite des Konverters ein Austritt von Licht erfolgt. Dazu ist es möglich, dass die Umhüllung
Seitenflächen des Halbleiterchips und des Konverters
vollständig bedeckt und ihm Rahmen der Herstellungstoleranz beispielsweise bündig mit dem Konverter an dessen Oberseite abschließt oder den Konverter seitlich überragt.
Im Folgenden werden der hier beschriebene Konverter sowie das hier beschriebene lichtemittierende Bauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A, 1B, 2A, 2B sind Ausführungsbeispiele eines hier
beschriebenen Konverters näher erläutert.
Anhand der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen lichtemittierenden Bauelements näher erläutert .
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 4A und 4B ist die Funktionsweise eines hier beschriebenen Konverters näher erläutert. Anhand der grafischen Auftragungen der Figuren 5A, 5B, 5C ist die Wirkung eines hier beschriebenen Konverters in einem hier beschriebenen lichtemittierenden Bauelement näher erläutert . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A und 1B zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen
Konverters. Der Konverter 10 ist zur teilweisen Konversion einer Primärstrahlung 5 vorgesehen. Die Primärstrahlung wird im Konverter 10 teilweise zur Sekundärstrahlung 6
konvertiert. Die elektromagnetische Strahlung 5, 6 verlässt den Konverter 10 an seiner Oberseite in Hauptabstrahlrichtung R, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des
Konverters 10 verläuft.
Der Konverter 10 umfasst einen Grundkörper 12, der ein
Lumineszenzkonversionsmaterial enthält oder aus diesem besteht. Beispielsweise sind im Grundkörper 12
Lumineszenzkonversionsmaterialien, z. B. Partikel eines Lumineszenzkonversionsmaterials, in eine Matrix eingebracht, die mit Silikon gebildet sein kann. Ferner ist es möglich, dass es sich bei dem Konversionselement 10 um ein
Konversionselement handelt, das beispielsweise aus einem keramischen oder einem halbleitenden
Lumineszenzkonversionsmaterial besteht . Der Konverter umfasst eine Vielzahl von Strukturen 11 an der Oberseite 10a des Konverters, wobei die Strukturen im
Ausführungsbeispiel der Figur 1A durch Erhebungen des
Grundkörpers 12 gebildet sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1B sind die Strukturen durch Ausnehmungen im
Grundkörper 12 gebildet.
Die Strukturen 11 sind dazu ausgebildet, den Anteil von Primärstrahlung 5, der aus dem Konverter 10 in der
Hauptabstrahlrichtung R austritt, zu reduzieren.
Bei den Strukturen kann es sich beispielsweise um Strukturen handeln, die im Rahmen der Herstellungstoleranz durch einen der folgenden geometrischen Körper gebildet sind:
Pyramidenstumpf, Kegelstumpf, inverser Pyramidenstumpf, inverser Kegelstumpf.
Die Strukturen 11 sind dabei bei den Konvertern, wie sie in den Figuren 1A und 1B dargestellt sind, hinsichtlich ihrer Form, ihrer Größe und ihrer Anordnung gleichmäßig
ausgebildet, d. h. die Strukturen 11 sind beispielsweise an den Gitterpunkten eines regelmäßigen Gitters angeordnet, sie weisen im Rahmen der Herstellungstoleranz die gleiche Größe sowie die gleiche Form auf.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2A und 2B sind die bevorzugten Abmessungen der
Strukturen 11 näher erläutert. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2A sind die Strukturen 11 durch Pyramidenstümpfe gebildet. Die Strukturen 11 weisen eine Deckfläche IIa, ein Grundfläche IIb sowie Seitenflächen 11c auf, welche die Deckfläche IIa mit der Grundfläche IIb verbinden. Die Strukturen 11 weisen an ihrer Grundfläche IIb eine
Erstreckung B auf, die beispielsweise der Durchmesser der Grundfläche der Struktur 11 ist. Die Deckfläche IIa weist eine Erstreckung D auf, die beispielsweise der Durchmesser der Deckfläche IIa ist. Die Grundfläche IIb einer jeden
Struktur ist größer ausgebildet als die Deckfläche IIa jeder Struktur . Die Seitenfläche 11c verläuft quer zur Haupterstreckungsebene des Konverters 10 und schließt mit dieser einen Winkel ß ein. Die Grundfläche IIb sowie die Deckfläche IIa verlaufen im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zur
Haupterstreckungsebene des Konverters 10.
Benachbarte Strukturen 11 weisen den Abstand P voneinander auf, der beispielsweise der Abstand des geometrischen
Schwerpunkts benachbarter Strukturen 11 in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Konverters 10 ist.
Bevorzugt gilt für hier beschriebene Konverter 10, dass die Strukturen 11 folgende Abmessungen aufweisen:
60° < ß < 80°,
0, 8 P < B < P,
0 < D < 0, 3 B
Für die als Ausnehmungen ausgebildeten Strukturen 11, wie sie in Figur 2B dargestellt sind, gilt Entsprechendes.
Der Abstand P zwischen benachbarten Strukturen ist bevorzugt groß gegen die Wellenlänge der Primärstrahlung 5 und kann beispielsweise 20 ym betragen. In Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der
Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen lichtemittierenden Bauelements näher erläutert. Das
lichtemittierende Bauelement umfasst beispielsweise einen Träger 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Anschlussträger handelt, der zum elektrischen Anschluss des an seiner Oberseite angeordneten Strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 ausgebildet ist.
Der Strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ist
beispielsweise durch einen oberflächenemittierenden
Leuchtdiodenchip gebildet. An einer Oberseite 2a des
Halbleiterchips 2 ist ein hier beschriebener Konverter 10 angeordnet, der den Grundkörper 12 und die in den Grundkörper und/oder aus dem Grundkörper 12 strukturierten Strukturen 11 aufweist .
Zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem Konverter 3 kann ein Verbindungsmittel 4 zum mechanischen und optischen Verbinden von Halbleiterchip und Konverter 3 angeordnet sein.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Verbindungsmittel 4 um einen Klebstoff. Seitlich um den Halbleiterchip 2 und den Konverter 3 herum ist die Umhüllung 3 angeordnet, die beispielsweise weiß und reflektierend ausgebildet sein kann.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 4A und 4B ist die Funktionsweise eines hier
beschriebenen Konverters näher erläutert. Dabei ist die
Funktionsweise anhand einer Struktur 11 erläutert, die als Erhebung aus dem Grundkörper 12 ausgebildet ist. Der hier beschriebene Konverter 10 zeichnet sich dadurch aus, dass eine Abstrahlung von Primärstrahlung 5 in der
Hauptabstrahlrichtung R reduziert ist. Dies wird vorliegend auf zwei verschiedene Arten erreicht. Die Wirkungsweise des Konverters ist dabei anhand von als Erhebungen ausgebildeten Strukturen 11 erläutert, wobei entsprechende Wirkungen auch mit den beispielsweise in den Figuren 1B und 2B erläuterten Strukturen, die als Ausnehmungen im Grundkörper 12
ausgebildet sind, erreicht werden.
In der Figur 4A ist schematisch dargestellt, dass
Primärstrahlung 5 an einer ersten Seitenfläche 11c der
Struktur 11 reflektiert, zu Beispiel totalreflektiert, wird und auf die Deckfläche IIa trifft, wo wiederum eine Reflexion in Richtung einer zweiten Seitenfläche 11c der Struktur 11 erfolgt, von wo die Primärstrahlung 5 in den Konverter 10 zurückreflektiert wird. Das heißt, es erfolgt ein
Zurückwerfen von Primärstrahlung, die in
Hauptabstrahlrichtung R in die Struktur 11 eingetreten ist, durch mehrfache Reflexion. Dies verringert den Anteil von Primärstrahlung, der den Konverter 10 in
Hauptabstrahlrichtung R an der Oberseite 10a verlässt. Ein Teil der Primärstrahlung 5 kann an der Deckfläche IIa oder der Seitenfläche 11c als gebrochene Primärstrahlung 5 zur Seite hin austreten (nicht dargestellt) .
Solche Primärstrahlung 5, die nicht in Richtung der
Hauptabstrahlrichtung R in die Struktur 11 eindringt, kann beispielsweise an einer ersten Seitenfläche 11c reflektiert werden, siehe die Figur 4B. Die Primärstrahlung 5 trifft dann beispielsweise auf eine zweite Seitenfläche 11c, an der sie teilweise gebrochen wird und seitlich ausgekoppelt wird. Ein Teil der Primärstrahlung 5 wird jedoch aufgrund des großen Winkels, mit dem die Primärstrahlung auf die Seitenfläche 11c trifft, und des hohen Brechungsindexunterschieds zwischen dem Konverter 10 und seiner Umgebung Fresnel-reflektiert und dann als reflektierte Primärstrahlung 5 λ zur Seite hin ausgekoppelt. Auch auf diese Weise wird also der Anteil von Primärstrahlung 5, der in Hauptabstrahlrichtung R abgestrahlt wird, reduziert, wohingegen der Anteil an Primärstrahlung, der quer zur Hauptabstrahlrichtung R abgestrahlt wird, erhöht ist .
Anhand der grafischen Auftragungen der Figuren 5A, 5B, 5C ist der Effekt eines hier beschriebenen Konverters 10 in einem hier beschriebenen lichtemittierenden Bauelement erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Konverter 10 eine mittlere Dicke von 200 ym aufweist und ein reflektierender Verguss mit Titandioxid-Partikeln die Umhüllung 3 um den Chip 2 und den Konverter 3 bildet. Bei der Strukturierung handelt es sich um Pyramidenstümpfe, die in einem Abstand P von 20 ym voneinander angeordnet sind.
Im Folgenden sind Kurven dargestellt, die mit den
Bezugszeichen 21, 22, 23, 24, 25 versehen sind. Die Kurve 21 bezieht sich dabei auf eine Messung, bei der die Strukturen 11 als Erhebungen ausgebildet sind. Der Winkel ß ist dabei mit 72° gewählt, die Erstreckung B der Grundfläche IIb beträgt 19 ym, und die Erstreckung D der Deckfläche IIa beträgt 1 , 9 ym.
Die Kurve 22 betrifft Messungen für einen Konverter 10, bei dem die Strukturen als Ausnehmungen ausgebildet sind, die einen Winkel ß von 70° aufweisen. B beträgt für die
Ausnehmungen 17 ym und D beträgt 1,7 ym.
Die Kurven 23, 24, 25 beziehen sich auf lichtemittierende Bauelemente ohne strukturierten Konverter, die zum Vergleich herangezogen werden. In der grafischen Darstellung der Figur 5A ist zunächst die Intensität I normiert auf 1 in Abhängigkeit vom
Betrachtungswinkel im Fernfeld („Fernfeldwinkel") gezeigt. Es zeigt sich, dass die Abstrahlcharakteristik, also die Intensität in Abhängigkeit von von der Strukturierung 11 kaum beeinflusst wird. Insbesondere im Fall der Kurve 22, welche Messungen für Ausnehmungen zeigt, ist kein Unterschied zu herkömmlichen lichtemittierenden Bauelementen erkennbar. Das heißt, ein hier beschriebener Konverter kann herkömmliche Konverter ersetzen, ohne dabei die Abstrahlcharakteristik zu beeinflussen, was den Einsatz in bestehenden Produkten erlaubt, ohne dass beispielsweise nachgeordnete Optiken angepasst werden müssen.
Die Figur 5B zeigt den Cx-Anteil im CIE-xy Farbraum einer Farbortmessung des von den betrachteten lichtemittierenden Bauelementen abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit von , die Figur 5C zeigt den Cy-Anteil im CIE-xy Farbraum. Wie aus den Auftragungen der Figuren 5B und 5C ersichtlich ist,
verringert sich die Variation des Farborts in Abhängigkeit von für lichtemittierende Bauelemente mit hier
beschriebenen Konvertern (vergleiche die Kurven 21 und 22) deutlich im Vergleich zu herkömmlichen lichtemittierenden Bauelementen mit herkömmlichen Konvertern. So beträgt die
Schwankung des Cx-Anteils weniger als 0,02 und die Schwankung des Cy-Anteils beträgt weniger als 0,03.
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.
Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung
DE 102016105988.9 beansprucht, deren Offenbarung durch Rückbezug aufgenommen ist.
Bezugs zeichenliste
1 Träger
2 Halbleiterchip
2a Oberseite
3 Umhüllung
4 Verbindungsmittel
5 Primärstrahlung
5 ' reflektierte Primärstrahlung
6 Sekundärstrahlung
10 Konverter
10a Oberseite
11 Struktur
IIa Deckfläche
IIb Grundfläche
11c Seitenfläche
ß Winkel
P Abstand
B Erstreckung an der Grundfläche
D Erstreckung an der Deckfläche
R Hauptabstrahlrichtung
21 Messung mit Erhebungen
22 Messung mit Ausnehmung
23 erste Vergleichsmessung
24 zweite Vergleichsmessung
25 dritte Vergleichsmessung

Claims

Patentansprüche
1. Konverter (10) zur teilweisen Konversion einer
Primärstrahlung (5) mit
- einem Grundkörper (12), der ein
Lumineszenzkonversionsmaterial enthält, und
- einer Vielzahl von Strukturen (11) an einer Oberseite (10a) des Konverters (10), wobei
- die Strukturen (11) durch Erhebungen des Grundkörper (12) und/oder Ausnehmungen im Grundkörper (12) gebildet sind, und
- die Strukturen (11) dazu ausgebildet sind, den Anteil von Primärstrahlung (5) , der aus dem Konverter in einer
Hauptabstrahlrichtung (R) austritt, zu reduzieren.
2. Konverter (10) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Strukturen (11) dazu ausgebildet sind, einen Teil der Primärstrahlung (5) am Austritt aus dem Konverter (10) zu hindern .
3. Konverter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Strukturen (11) dazu ausgebildet sind, einen Teil der Primärstrahlung (5) beim Austritt aus dem Konverter (10) quer zur Hauptabstrahlrichtung (R) zu lenken.
4. Konverter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem benachbarte Strukturen (11) einen Abstand (P)
voneinander aufweisen, der groß gegen eine Wellenlänge der Primärstrahlung (5) ist.
5. Konverter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem benachbarte Strukturen (11) einen Abstand (P)
voneinander aufweisen, der wenigstens 10 Mal so groß wie eine Wellenlänge der Primärstrahlung (5) ist.
6. Konverter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Großteil der Vielzahl von Strukturen (11) eine Grundfläche (IIb), eine Deckfläche (IIa) und zumindest eine Seitenfläche (11c) aufweist, welche die Grundfläche (Hb) und die Deckfläche (IIa) verbindet und zumindest stellenweise einen Winkel (ß) mit einer
Haupterstreckungsebene des Konverters (10) einschließt, wobei
- die Grundfläche (IIb) eine Erstreckung (B) aufweist, die wenigstens 80% des Abstands (P) von benachbarten Strukturen (11) entspricht,
- die Deckfläche (IIa) eine Erstreckung (D) aufweist, die höchstens 30% der Erstreckung (B) der Grundfläche (IIa) entspricht, und
- der Winkel (ß) zwischen der Seitenfläche (11c) und der Haupterstreckungsebene des Konverters (10) zwischen
wenigstens 60° und höchstens 80° beträgt.
7. Konverter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zumindest ein Großteil der Vielzahl von Strukturen (11) durch einen der folgenden geometrischen Körper gebildet ist: Pyramidenstumpf, Kegelstumpf, inverser Pyramidenstumpf, inverser Kegelstumpf.
8. Lichtemittierendes Bauelement mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) der im Betrieb Primärstrahlung (5) emittiert, und
- einem Konverter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, der einen Teil der Primärstrahlung (5) in Sekundärstrahlung (6) konvertiert, wobei
- der Konverter (10) an einer Oberseite (2a) des
Halbleiterchips (2) angeordnet ist, und
- im Betrieb Mischstrahlung (7) aus Primärstrahlung (5) und Sekundärstrahlung (6) emittiert wird.
9. Lichtemittierendes Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
bei dem die Mischstrahlung (7) weißes Licht ist.
10. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche mit
einer Umhüllung (3), die den Halbleiterchip (2) und den
Konverter (10) seitlich umgibt, wobei die Umhüllung (3) für die Primärstrahlung (5) und die Sekundärstrahlung (6) reflektierend ausgebildet ist und sich stellenweise in direktem Kontakt mit dem Halbleiterchip (2) und dem Konverter (10) befindet.
PCT/EP2017/057093 2016-04-01 2017-03-24 Konverter zur teilweisen konversion einer primärstrahlung und lichtemittierendes bauelement Ceased WO2017167664A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780022266.8A CN108886078B (zh) 2016-04-01 2017-03-24 用于部分地转换初级辐射的转换器和发光器件
JP2018547902A JP6925359B2 (ja) 2016-04-01 2017-03-24 一次放射の一部を変換する変換体および発光装置
US16/090,566 US20190181302A1 (en) 2016-04-01 2017-03-24 Converter for partial conversion of a primary radiation and light-emitting device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016105988.9A DE102016105988A1 (de) 2016-04-01 2016-04-01 Konverter zur teilweisen Konversion einer Primärstrahlung und lichtemittierendes Bauelement
DE102016105988.9 2016-04-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017167664A1 true WO2017167664A1 (de) 2017-10-05

Family

ID=58428265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/057093 Ceased WO2017167664A1 (de) 2016-04-01 2017-03-24 Konverter zur teilweisen konversion einer primärstrahlung und lichtemittierendes bauelement

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190181302A1 (de)
JP (1) JP6925359B2 (de)
CN (1) CN108886078B (de)
DE (1) DE102016105988A1 (de)
WO (1) WO2017167664A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018101974A1 (de) 2018-01-30 2019-08-01 Infrasolid Gmbh Infrarotstrahlungsquelle

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12327978B2 (en) * 2021-09-23 2025-06-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor light source with a mirror coating and method
DE102023125725A1 (de) * 2023-09-22 2025-03-27 Schott Ag Laser-strukturiertes optisches Element

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009095662A1 (en) * 2008-01-28 2009-08-06 Photonstar Led Limited Light emitting module with optically-transparent thermally-conductive element
WO2009119034A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Panasonic Corporation Semiconductor light-emitting apparatus
DE102013106799A1 (de) 2012-06-29 2014-01-02 Osram Sylvania Inc. Verfahren zum Ätzen eines keramischen Leuchtstoffkonverters

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4020092B2 (ja) * 2004-03-16 2007-12-12 住友電気工業株式会社 半導体発光装置
EP2843716A3 (de) * 2006-11-15 2015-04-29 The Regents of The University of California Leuchtdiode mit strukturierter Phosphorumwandlungsschicht
US8648372B2 (en) * 2009-04-14 2014-02-11 Panasonic Corporation Light-emitting device, method for adjusting optical properties, and method for manufacturing light-emitting devices
DE102009058006B4 (de) * 2009-12-11 2022-03-31 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauteil
JP5566785B2 (ja) * 2010-06-22 2014-08-06 日東電工株式会社 複合シート
JP2012038889A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Koito Mfg Co Ltd 蛍光部材および発光モジュール
KR20120138562A (ko) * 2011-06-15 2012-12-26 삼성전기주식회사 발광 소자 패키지 및 그 제조방법
JP2013229593A (ja) * 2012-03-30 2013-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体発光装置、及び照明装置
KR20140077408A (ko) * 2012-12-14 2014-06-24 엘지전자 주식회사 형광막 제조방법 및 그 형광막
KR102310805B1 (ko) * 2014-08-07 2021-10-08 엘지이노텍 주식회사 형광체 플레이트 및 이를 포함하는 조명장치
US9373761B2 (en) * 2014-09-23 2016-06-21 Osram Sylvania Inc. Patterned thin-film wavelength converter and method of making same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009095662A1 (en) * 2008-01-28 2009-08-06 Photonstar Led Limited Light emitting module with optically-transparent thermally-conductive element
WO2009119034A1 (en) * 2008-03-26 2009-10-01 Panasonic Corporation Semiconductor light-emitting apparatus
DE102013106799A1 (de) 2012-06-29 2014-01-02 Osram Sylvania Inc. Verfahren zum Ätzen eines keramischen Leuchtstoffkonverters

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018101974A1 (de) 2018-01-30 2019-08-01 Infrasolid Gmbh Infrarotstrahlungsquelle
DE102018101974B4 (de) * 2018-01-30 2025-05-15 Infrasolid Gmbh Infrarotstrahlungsquelle

Also Published As

Publication number Publication date
US20190181302A1 (en) 2019-06-13
JP6925359B2 (ja) 2021-08-25
CN108886078A (zh) 2018-11-23
JP2019511742A (ja) 2019-04-25
CN108886078B (zh) 2021-11-12
DE102016105988A1 (de) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19918370B4 (de) LED-Weißlichtquelle mit Linse
DE102009017495B4 (de) Beleuchtungseinrichtung
DE102012102114B4 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil, Beleuchtungsvorrichtung und Anzeigevorrichtung
DE102016119002B4 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements
EP2583319B1 (de) Optoelektronisches bauteil
WO2011160968A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauteil
WO2011128173A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements
EP2419779A1 (de) Linse, optoelektronisches bauelement aufweisend eine linse und verfahren zur herstellung einer linse
DE102012101102A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Anordnung mit einer Mehrzahl von derartigen Bauelementen
DE102009018088A1 (de) Modul zur Homogenisierung von Licht, das von einer Festkörper-Lichtquelle (z.B. einer LED) emittiert wird
WO2009068007A1 (de) Beleuchtungsvorrichtung
WO2015173118A1 (de) Optoelektronisches bauelement
WO2017167664A1 (de) Konverter zur teilweisen konversion einer primärstrahlung und lichtemittierendes bauelement
WO2017198656A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils und optoelektronisches bauteil
DE112015004195B4 (de) Optoelektronisches bauelement
DE102018104382A1 (de) Optoelektronisches bauelement und herstellungsverfahren
WO2020173684A1 (de) Bauteil mit homogenisierter leuchtfläche
WO2016150842A1 (de) Optoelektronisches bauelement
DE102018125506A1 (de) Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Vorrichtungen
DE112019003660B4 (de) Optoelektronisches bauelement und anzeigevorrichtung
DE202008003752U1 (de) LED-Element
DE102016114277B4 (de) Lichtemittierendes Bauteil
WO2017097454A1 (de) Lichtemittierende baugruppe und verfahren zum herstellen einer lichtemittierenden baugruppe
DE102013100121B4 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauteil
WO2014173720A1 (de) Optoelektronisches bauelement

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018547902

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17713916

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17713916

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1