WO2018193026A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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WO2018193026A1
WO2018193026A1 PCT/EP2018/060004 EP2018060004W WO2018193026A1 WO 2018193026 A1 WO2018193026 A1 WO 2018193026A1 EP 2018060004 W EP2018060004 W EP 2018060004W WO 2018193026 A1 WO2018193026 A1 WO 2018193026A1
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optoelectronic component
conversion material
light source
radiation
diffractive optical
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PCT/EP2018/060004
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Britta GÖÖTZ
Hubert Halbritter
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component. Furthermore, the invention relates to a method for producing an optoelectronic component.
  • optoelectronic devices with a ge ⁇ desired radiation pattern can be provided which have the conventional converter with a Lambertian emission.
  • the secondary radiation converted by the converter can then be deflected by means of complex optics and / or reflectors and thus a desired emission characteristic can be generated.
  • directionally conserving converter materials can be encapsulated separately from the optics.
  • Bauemeteete can be easily generated.
  • additional process steps are necessary, which can lead to a larger geometry.
  • An object of the invention is to provide an optoelectronic component having a desired Abstrahlcha ⁇ characteristic. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for producing an optoelectronic component which produces an optoelectronic Bauele ⁇ ment with a desired radiation characteristic.
  • the optoelectronic component has a diffractive optical element.
  • the diffractive optical element has at least one conversion ⁇ material.
  • the component has a light source.
  • the light source is designed to emit primary radiation.
  • the conversion material is encapsulated in the diffractive optical element ⁇ rule.
  • the conversion ⁇ material is sealed against environmental influences such as moisture and / or acid gases encapsulated in the diffractive optical element.
  • the conversion material is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion material is configured to convert the primary radiation at least partially or completely into secondary radiation.
  • the secondary radiation has at least one peak wavelength maximum at longer wavelengths compared to the peak wavelength maximum of the primary radiation.
  • the component has a diffractive optical element.
  • Diffractive optical elements are optical elements for shaping a light beam.
  • the light beam is particularly partial ei ⁇ ner light source, particularly a laser light source.
  • the physical principle of DOE is the diffraction (also called diffraction) on an optical grating.
  • Diffractive optical elements can have at least one glass carrier or two Glasträ ⁇ ger, may be disposed on the microstructures.
  • the microstructures can be ⁇ placed by photolithography.
  • different optical path lengths of the partial beams can lead to a phase modulation, as a result of which interference patterns arise.
  • Diffractive optical elements can on the one hand form the primary and / or secondary radiation or they can divide the radiation, for example the primary radiation, into a plurality of partial beams .
  • DOEs are well known to a person skilled in the art and are therefore not explained in detail here.
  • the diffractive optical element comprises a conversion material.
  • the Konversi ⁇ onsmaterial is adapted to convert the light emitted from a light source primary radiation at least partly in the secondary ⁇ radiation. This can also be called partial conversion. In other words, then the entire radiation emitted by the component is composed of primary and secondary radiation.
  • the conversion material may also be configured to completely convert the primary radiation into secondary radiation. This can also be called full conversion. The total radiation emerging from the component is then the secondary radiation.
  • the Klustermole kül tin the Klustermole kül tin.
  • the cluster molecule has tin and / or sulfur.
  • nsmaterial can have the following structure:
  • the conversion material has in particular a diamond-like cluster structure.
  • the conversion material is tin-sulfur-based with an adamantane-like [Sn 4 Se] -
  • the grid is free of a ⁇ inversion symmetry, because it has a tetrahedral shape.
  • the opto-electro ⁇ African component has a light source.
  • the light source is designed to emit primary radiation.
  • the light source emits in the operation of the device Primärstrah ⁇ lung.
  • the light source is in particular a laser.
  • the light source is a VCSEL array (vertical-cavity surface-emitting laser), which has a primary radiation with a wavelength from the IR range.
  • the wavelength of the primary radiation has a value of between 920 nm inclusive and 950 nm inclusive, for example 940 nm.
  • the light source has a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V
  • Compound semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor ⁇ conductor material such as Al n compound semiconductor material In] __ n _ m Ga m N or a phosphide encryption such as Al n In] __ n _ m Ga m P or else an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m m Ga as, where in each case 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • a nitride compound semiconductor ⁇ conductor material such as Al n compound semiconductor material In] __ n _ m Ga m N or a phosphide encryption such as Al n In] __ n _ m Ga m P or else an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m m Ga as, where in each case 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the optoelectronic component is a light-emitting diode, in short LED.
  • the radiation angle of the primary radiation is between less than or equal to + - 30 °, ie between -30 ° and + 30 °, or less than or equal to + - 40 ° or + - 50 ° or + -60 ° or + - 70 °.
  • the emission angle of the secondary radiation is equal to or greater than or smaller than the emission angle of the primary radiation.
  • the radiation angle of the primary radiation is between less than or equal to + - 5 °, + - 10 °, + - 15 °, + - 20 ° or + - 25 °.
  • the diffractive element has at least one carrier and microstructures.
  • the microstructures are arranged in particular between conversion mate rial ⁇ and light source.
  • the micro ⁇ structures on the opposite side of the light source of the diffractive optical element are arranged.
  • the Konversionsma ⁇ TERIAL as a conversion layer.
  • the conversion ⁇ layer preferably has a layer thickness of between 500 nm to 500 ym.
  • the conversion layer is arranged in particular in ⁇ nerrenz the diffractive optical element.
  • the microstructures are facing the light source side of the conversion layer, in particular ⁇ ondere disposed directly.
  • the microstructures have recesses.
  • the recesses are filled with another material.
  • the further material have preferably ⁇ , on a larger refractive index than the material of Trä ⁇ ger and / or microstructures.
  • the inventors have recognized that through the use of a conversion material within a diffractive optical element, a device can be produced that has a ge ⁇ desired radiation characteristic.
  • the emission characteristic can be adapted to customer requirements, for example.
  • the diffractive optical element and the conversion material preferably have a direct mechanical contact with each other.
  • the device has a low device height and tailor-made radiation characteristics can be generated.
  • the component height is between 2 mm to 3 mm.
  • the diffractive optical ele- ment can the conversion material hermetically sealed against To encapsulate ⁇ environmental influences, so that can be used against environmental influences sensitive conversion materials.
  • the invention further relates to a method for producing an optoelectronic component.
  • the method described here produces the optoelectronic component described here.
  • the method comprises the method steps: A) providing a light source which is set up for the emission of primary radiation,
  • step B generating a diffractive optical element which has at least one conversion material and is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • two carriers are riding be ⁇ (step Bl) and the microstructures are applied to ⁇ least to the first carrier or generated (step B2).
  • the conversion material is placed on ⁇ (step B3).
  • the first and second carrier can be joined together so that the conversion material is encapsulated in the diffractive optical element, in particular hermetically sealed against environmental influences.
  • the conversion material is arranged in the beam path of the primary radiation and is configured to convert the primary radiation at least partially or completely into secondary radiation.
  • Figures 1 to 8 are each a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIGS. 9A to 9G show a method for producing a diffractive optical element according to an embodiment.
  • Figures 1 to 8 respectively show a schematic side view ⁇ an optoelectronic device 100 in accordance with one embodiment.
  • FIGS. 1 to 8 each have one
  • the light source 3 is, for example, a pumping light source, such as a laser.
  • the light source 3 is configured to emit primary radiation 4.
  • the emitted primary radiation 4 can be absorbed by a conversion material 2 and into a secondary radiation 5, which usually has a changed longer wavelength than the primary ⁇ radiation 4, to be converted.
  • the conversion material 2 is arranged in the beam path of the light source 3.
  • the conversion material 2 is encapsulated in a diffrak ⁇ tive optical element 1.
  • the conversion mate rial ⁇ 2 is for example a adamantanartiges Klustermole- kül that the primary radiation 4 at least partially sublingually ⁇ biert and converted into a secondary radiation. 5
  • the diffractive optical element 1 is in particular formed as an encapsulation, for example of glass.
  • FIG. 1 shows that the diffractive optical element 1 has no microstructures 6.
  • the conversion material 2 is in this case in the lateral cross section gese ⁇ hen so in other words surrounded by the diffractive optical element 1 like a frame.
  • the device of Figure 2 differs from the Bauele ⁇ ment of Figure 1 in that it comprises microstructures 6 and recesses. 7
  • the microstructures 6 are arranged on the side of the diffractive optical element 1 opposite to the light source 3.
  • the microstructures 6 can also be arranged between the conversion material 2 and the light source 3.
  • the microstructures have recesses 7.
  • the recesses 7 may be filled with another material 8 or air.
  • FIG. 4 shows that the recesses 7 can be filled with a further material 8.
  • As another mate ⁇ rial as SiN can be used.
  • silicon nitride having a refractive index of about 2 may be used as another material 8.
  • FIG. 5 shows a component 100 that has microstructures 6 within the diffractive optical element 1.
  • the microstructures 6 are arranged on both sides of the conversion layer 2.
  • the microstructures 6 may be filled with another material 8.
  • the microstructures 6 are not filled with a further material 8 but with a conversion material 2.
  • the conversion material 2 may be the same material as the conversion material 2 from which the conversion layer is formed.
  • the conversion material 2 in the recesses 7 may also have another conversion material.
  • the conversion material 2 with which the conversion layer is formed can emit red light, and the conversion material disposed in the recesses 7 emit green light. If blue light is emitted by the light source 3, white mixed light can be coupled out of the component during partial conversion.
  • the conversion material 2 is in particular not a Lambertian radiator.
  • the components described here may have a radiation characteristic of less than +/- 30 °, in particular +/- 15 °.
  • the diffractive optical element 1 may, as shown in Figure 7 ge ⁇ , also called multi-level DOE system can be formed.
  • the DOE structure with the conversion material is filled ⁇ ver.
  • Condition is in particular that the glass (Kapselmate- rial) has a different refractive index than the Konversi ⁇ onsmaterial.
  • the conversion material 2 may be formed in the form of a Kera ⁇ mik or eingettet in a Matrixmterial.
  • the primary radiation can have a radiation characteristic of +/- 10 °.
  • the secondary radiation can have a radiation characteristic +/- 40 °.
  • Other wavelength and / or broadband with a beam angle of at ⁇ play, 40 ° x 60 ° are mög ⁇ Lich for the secondary radiation.
  • the encapsulated conversion element 2 in the DOE is used for beam shaping of the primary radiation, for example 40 ° x 60 °.
  • 40 ° x 60 ° is the radiation characteristic after the conversion element, ie the so-called field-of-view. That is, the radiation characteristic changes, for example, to a rectangular field-of-view, so that it is eg compatible with the field-of-view of a camera.
  • Figures 9A to 9G show a method for producing an optoelectronic component according to one embodiment ⁇ form.
  • Figure 9A shows the provision of a first bracket 9. This first support 9, a layer 11, ⁇ example, a dielectric may be applied.
  • FIG 9B the provision of a second carrier 10 is shown, on which a layer 12, for example a Dielekt ⁇ rikum can be applied.
  • the dielectric layers 11, 12, which are arranged on the respective carrier 9, 10, can be exposed and etched, and thus a structuring 6 can be produced in these dielectric layers (FIGS. 9C and 9D). It can thus be the microstructures 6 on the first and / or second carrier 9, 10 are generated.
  • the first and / or second carrier 9, 10 may for example be formed of glass.
  • the microstructure 6 can be formed such that it forms a frame, and surrounds the conversion material 2 like a frame ( Figure 9D).
  • microstructures 6 can be planarized on the first carrier 9, as shown in FIG. 9E.
  • the microstructures 6, which are arranged on the second carrier 10, can be filled, for example, with a conversion material 2. Both carriers, 9 and 10 can then be joined together to produce a diffractive optoelectronic element 1 according to an embodiment.
  • the diffractive optical element 1 can now be arranged in the beam path of a light source 3 (not shown here).
  • a device 100 can be provided that has a desired radiation characteristic.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention comprises each feature and the combination of Merkma ⁇ len, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend, ein diffraktives optisches Element (1), das zumindest ein Konversionsmaterial (2) aufweist, eine Lichtquelle (3), die zur Emission von Primärstrahlung (4) eingerichtet ist, wobei das Konversionsmaterial (2) in dem diffraktiven optischen Element (1) eingekapselt ist, wobei das Konversionsmaterial (2) im Strahlengang der Primärstrahlung (4) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung (4) zumindest teilweise in Sekundärstrahlung (5) zu konvertieren.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Bisher werden optoelektronische Bauelemente mit einer ge¬ wünschten Abstrahlcharakteristik bereitgestellt, die herkömmliche Konverter mit einer Lambertschen Abstrahlung aufweisen. Die von den Konverter konvertierte Sekundärstrahlung kann dann mittels komplexer Optiken und/oder Reflektoren abgelenkt werden und somit eine gewünschte Abstrahlcharakteristik erzeugt werden. Alternativ können auch direktional erhaltende Konvertermaterialien getrennt von der Optik verkapselt werden. Dadurch können zwar gegebenenfalls die Bauelemenete leichter erzeugt werden. Allerdings sind zusätzliche Prozes- schritte notwending, die zu einer größeren Geometrie führen können .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, dass eine gewünschte Abstrahlcha¬ rakteristik aufweist. Ferner ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, das ein optoelektronisches Bauele¬ ment mit einer gewünschten Abstrahlcharakteristik erzeugt.
Oft können Kunden oder Endverbraucher nur einen engeren Bereich um die Probennormale nutzen, d.h. beispielsweise +/-300 oder +/- 60° bis +/- 70° als Abstrahlcharakteristik. Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement und durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche .
In zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein diffraktives optisches Element auf. Das diffraktive optische Element weist zumindest ein Konversions¬ material auf. Das Bauelement weist eine Lichtquelle auf. Die Lichtquelle ist zur Emission von Primärstrahlung eingerichtet. Das Konversionsmaterial ist in dem diffraktiven opti¬ schen Element eingekapselt. Insbesondere ist das Konversions¬ material hermetisch gegen Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit und/oder sauren Gasen, in dem diffraktiven optischen Element eingekapselt. Das Konversionsmaterial ist im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet. Das Konversionsmaterial ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung zumindest teilweise oder vollständig in Sekundärstrahlung zu konvertieren. Insbesondere weist die Sekundärstrahlung zumindest ein Peakwellenlän- genmaximum bei größeren Wellenlängen auf verglichen mit dem Peakwellenlängenmaximum der Primärstrahlung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein diffraktives optisches Element auf. Diffraktive optische Elemente (abgekürzt DOE) sind optische Elemente zur Formung eines Lichtstrahls. Der Lichtstrahl ist insbesondere Teil ei¬ ner Lichtquelle, insbesondere einer Laserlichtquelle. Das physikalische Prinzip des DOE ist die Beugung (auch Diffraktion genannt) an einem optischen Gitter. Diffraktive optische Elemente können zumindest einen Glasträger oder zwei Glasträ¬ ger aufweisen, an die Mikrostrukturen angeordnet sein können. Die Mikrostrukturen können mittels Fotolithografie aufge¬ bracht werden. In dem diffraktiven optischen Element kann es durch unterschiedliche optische Weglängen der Teilstrahlen zu einer Phasenmodulation kommen, wodurch Interferenzmuster ent- stehen. Zusätzlich kann durch konstruktive und destruktive
Überlagerung die Amplitude moduliert werden. Damit können die Intensitätsmuster in einer Lichtquelle, beispielsweise einem Laserstrahl verändert werden. Diffraktive optische Elemente können zum einen die Primär- und/oder Sekundärstrahlung formen oder sie können die Strahlung, beispielsweise die Primärstrahlung, in mehrere Teil¬ strahlen zerlegen. DOE sind einem Fachmann hinreichend bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläu- tert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element ein Konversionsmaterial auf. Das Konversi¬ onsmaterial ist dazu eingerichtet, die von einer Lichtquelle emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in Sekundär¬ strahlung zu konvertieren. Dies kann auch als Teilkonversion bezeichnet werden. Mit anderen Worten setzt sich dann die gesamte aus dem Bauelement ausgetretene Strahlung aus Primär- und Sekundärstrahlung zusammen.
Alternativ kann das Konversionsmaterial auch dazu eingerichtet sein, die Primärstrahlung vollständig in Sekundärstrahlung zu konvertieren. Dies kann auch als Vollkonversion bezeichnet werden. Die aus dem Bauelement austretende Gesamt- Strahlung ist dann die Sekundärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionsma¬ terial ein adamantanartiges Klustermolekül . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Klustermole kül Zinn auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Klustermole kül Zinn und/oder Schwefel auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversions material [ ( (4- (CH2=CH) -CeH4) Sn) 4Se] auf oder besteht daraus. nsmaterial kann folgende Struktur aufweisen:
Figure imgf000005_0001
Das Konversionsmaterial weist insbesondere eine diamantartige Klusterstruktur auf. Insbesondere ist das Konversionsmaterial Zinn-Schwefel-basiert mit einem adamantanartiges [Sn4Se]-
Grundgerüst. Das Gitter ist dabei frei von einer Inversions¬ symmetrie, weil es eine tetraedrische Form aufweist.
Alternantiv können prinzipiell auch andere geeignete Materia- lien verwendet werden. Im Konversionsmaterial können vorzugs¬ weise Schwingungen angeregt werden, insbeondere Molekül¬ schwingungen, d.h. Atome bewegen sich relativ zueinander, die beispielsweise im IR anregbar sind. Insbesondere kann das Konversionsmaterial ungeordnet aufgebracht werden. Systeme, die sich leicht symmetrisch anordnen sind daher in der Regel schlecht als Konversionsmaterial geeignet. Insbesondere soll das Elektron nicht in den ersten angeregten Zustand kommen, da es sonst leicht degradiert. Die höchste Energie im Spekt¬ rum ist insbeondere niedriger als der oben erwähnte Energie¬ abstand . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektro¬ nische Bauelement eine Lichtquelle auf. Die Lichtquelle ist zur Emission von Primärstrahlung eingerichtet. Die Lichtquelle emittiert also im Betrieb des Bauelements Primärstrah¬ lung. Die Lichtquelle ist insbesondere ein Laser.
Insbesondere ist die Lichtquelle ein VCSEL Array (vertical- cavity surface-emitting laser) , die eine Primärstrahlung mit einer Wellenlänge aus dem IR-Bereich aufweist. Vorzugsweise weist die Wellenlänge der Primärstrahlung einen Wert zwischen einschließlich 920 nm und einschließlich 950 nm beispielsweise 940 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lichtquelle eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichten¬ folge basiert bevorzugt auf einem III-V-
Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalb¬ leitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Ver- bindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGa- mAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m < 1 ist.
Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristall¬ gitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode, kurz LED.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Abstrahlwinkel der Primärstrahlung zwischen kleiner oder gleich +- 30°, also zwischen -30° und +30°, ist oder kleiner oder gleich +- 40° oder +- 50° oder +-60° oder +-70°. Alternativ oder zusätzlich ist der Abstrahlwinkel der Sekundärstrahlung gleich oder größer oder kleiner dem Abstrahlwinkel der Primärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Abstrahlwinkel der Primärstrahlung zwischen kleiner oder gleich +- 5°, +- 10°, +- 15°, +- 20° oder +- 25°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Abstrahlwinkel der Primärstrahlung zwischen < +- 30° und der Abstrahlwinkel der Sekundärstrahlung >= des AbStrahlwinkels der Primärstrah- lung ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das diffraktive Element zumindest einen Träger und Mikrostrukturen auf. Die Mikrostrukturen sind insbesondere zwischen Konversionsmate¬ rial und Lichtquelle angeordnet. Alternativ sind die Mikro¬ strukturen auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des diffraktiven optischen Elements angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionsma¬ terial als Konversionsschicht ausgeformt. Die Konversions¬ schicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 500 nm bis 500 ym auf. Die Konversionsschicht ist insbesondere in¬ nerhalb des diffraktiven optischen Elements angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Mikrostruktu¬ ren an der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite der Konversionsschicht, insbeondere direkt, also in unmittelbarem mecha¬ nischem Kontakt, angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich sind die Mikrostrukturen an der Lichtquelle zugewandten Seite der Konversionsschicht, insbe¬ ondere direkt, angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Mikrostrukturen Ausnehmungen auf. Die Ausnehmungen sind mit einem weiteren Material gefüllt. Das weitere Material weist vorzugs¬ weise einen größeren Brechungsindex als das Material des Trä¬ ger und/oder der Mikrostrukturen auf.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung eines Konversionsmaterials innerhalb eines diffraktiven optischen Elements ein Bauelement erzeugt werden kann, dass eine ge¬ wünschte Abstrahlcharakteristik aufweist.
Insbesondere kann die Abstrahlcharakteristik beispielsweise an Kundenwünsche angepasst werden. Das Konversionsmaterial kann dabei in das diffraktive optische Element eingebracht werden und kann damit die Luftflächen mit einem Brechungsindex n = 1 ersetzen. Dadurch kann die Anzahl der Einzelkomponenten in dem Bauelement reduziert werden.
Das diffraktive optische Element und das Konversionsmaterial weisen vorzugsweise einen direkten mechanischen Kontakt zuei- nander auf. Das Bauelement weist eine niedrige Bauelementhöhe auf und es können maßgeschneiderte Abstrahlcharakteristiken erzeugt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Bauelementhöhe zwischen 2 mm bis 3 mm.
Alternativ oder zusätzlich kann das diffraktive optische Ele- ment das Konversionsmaterial hermetisch dicht gegenüber Um¬ welteinflüssen einkapseln, so dass auch gegen Umwelteinflüsse empfindliche Konversionsmaterialien verwendet werden können.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Vorzugsweise wird mit diesem hier beschriebenen Verfahren das hier beschriebene optoelektronische Bauelement erzeugt. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte auf: A) Bereitstellen einer Lichtquelle, die zur Emission von Primärstrahlung eingerichtet ist,
B) Erzeugen eines diffraktiven optischen Elements, das zumindest ein Konversionsmaterial aufweist und im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet ist. Dazu werden zwei Träger be¬ reitgestellt (Schritt Bl) und die Mikrostrukturen werden zu¬ mindest auf den ersten Träger aufgebracht oder erzeugt (Schritt B2) . Auf den zweiten Träger wird das Konversionsmaterial auf¬ gebracht (Schritt B3) .
Anschließend kann in einem weiteren Verfahrensschritt B4 der erste und zweite Träger zusammengefügt werden, so dass das Konversionsmaterial in dem diffraktiven optischen Element eingekapselt ist, insbesondere hermetisch gegenüber Umwelt- einflüssen eingeschlossen ist. Das Konversionsmaterial ist im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet und dazu eingerichtet, die Primärstrahlung zumindest teilweiseoder vollständig in Sekundärstrahlung zu konvertieren. Weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen . Es zeigen:
Figuren 1 bis 8 jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform und
Figuren 9A bis 9G ein Verfahren zur Herstellung eines dif- fraktiven optischen Elements gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente jeweils mit densel¬ ben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Berei- che zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figuren 1 bis 8 zeigen jeweils eine schematische Seiten¬ ansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform.
Die Bauelemente der Figuren 1 bis 8 weisen jeweils eine
Lichtquelle 3 auf. Die Lichtquelle 3 ist beispielsweise eine Pumplichtquelle, wie ein Laser. Die Lichtquelle 3 ist dazu eingerichtet Primärstrahlung 4 zu emittieren.
Die emittierte Primärstrahlung 4 kann von einem Konversionsmaterial 2 absorbiert werden und in eine Sekundärstrahlung 5, die meist eine veränderte längere Wellenlänge als die Primär¬ strahlung 4 aufweist, umgewandelt werden.
Das Konversionsmaterial 2 ist im Strahlengang der Lichtquelle 3 angeordnet. Das Konversionsmaterial 2 ist in einem diffrak¬ tiven optischen Element 1 eingekapselt. Das Konversionsmate¬ rial 2 ist beispielsweise ein adamantanartiges Klustermole- kül, dass die Primärstrahlung 4 zumindest teilweise absor¬ biert und in eine Sekundärstrahlung 5 konvertiert.
Das diffraktive optische Element 1 ist insbesondere als Ver- kapselung, beispielsweise aus Glas, ausgeformt.
In Figur 1 ist gezeigt, dass das diffraktive optische Element 1 keine Mikrostrukturen 6 aufweist. Hier ist das Konversions¬ material 2 insbesondere als Schicht mit einer Schichtdicke von beispielsweise 50 nm oder 500 nm bis 500 ym ausgeformt. Das Konversionsmaterial 2 ist hier im Seitenquerschnitt gese¬ hen also mit anderen Worten von dem diffraktiven optischen Element 1 rahmenartig umgeben.
Das Bauelement der Figur 2 unterscheidet sich von dem Bauele¬ ment der Figur 1 dadurch, dass es Mikrostrukturen 6 und Ausnehmungen 7 aufweist. Hier sind die Mikrostrukturen 6 auf der der Lichtquelle 3 gegenüberliegenden Seite des diffraktiven optischen Elements 1 angeordnet.
Alternativ können die Mikrostrukturen 6, wie in Figur 3 gezeigt, auch zwischen Konversionsmaterial 2 und Lichtquelle 3 angeordnet sein. Die Mikrostrukturen weisen Ausnehmungen 7 auf. Die Ausnehmungen 7 können mit einem weiteren Material 8 oder Luft gefüllt sein. In Figur 4 ist gezeigt, dass die Ausnehmungen 7 mit einem weiteren Material 8 gefüllt sein können. Als weiteres Mate¬ rial kann beispielsweise SiN verwendet werden. Der Brechungs¬ indexunterschied des Materials des diffraktiven optischen Elements 1 und des weiteren Materials 8 kann mindestens 0,4 sein (Glas z.B. n = 1.5 und n(SiN) ~ 2.0) .
Als weiteres Material 8 kann beispielsweise Siliziumnitrid mit einem Brechungsindex von circa 2 verwendet werden.
Die Figur 5 zeigt ein Bauelement 100, dass Mikrostrukturen 6 innerhalb des diffraktiven optischen Elements 1 aufweist. Insbesondere sind die Mikrostrukturen 6 beidseitig auf der Konversionsschicht 2 angeordnet. Die Mikrostrukturen 6 können mit einem weiteren Material 8 gefüllt sein.
Alternativ, wie in Figur 6 gezeigt, sind die Mikrostrukturen 6 nicht mit einem weiteren Material 8, sondern mit einem Konversionsmaterial 2 gefüllt. Das Konversionsmaterial 2 kann das gleiche Material sein, wie das Konversionsmaterial 2 aus dem die Konversionsschicht geformt ist. Alternativ kann das Konversionsmaterial 2 in den Ausnehmungen 7 auch ein anderes Konversionsmaterial aufweisen. Beispielsweise kann das Konversionsmaterial 2 mit dem die Konversionsschicht gebildet ist rotes Licht emittieren und das Konversionsmaterial, das in den Ausnehmungen 7 angeordnet ist, grünes Licht emittieren. Wird nun von der Lichtquelle 3 blaues Licht emittiert, so kann bei Teilkonversion aus dem Bauelement weißes Mischlicht ausgekoppelt werden. Das Konversionsmaterial 2 ist insbesondere kein Lambertscher Strahler. Die hier beschriebenen Bauelemente können eine Abstrahlcharakteristik von kleiner +/- 30°, insbesondere +/- 15° aufweisen.
Das diffraktive optische Element 1 kann, wie in Figur 7 ge¬ zeigt, auch als Multilevel DOE System ausgeformt sein. In Fi¬ gur 7 ist die DOE Struktur mit dem Konversionsmaterial ver¬ füllt. Bedingung ist insbesondere, dass das Glas (Kapselmate- rial) einen anderen Brechungsindex besitzt als das Konversi¬ onsmaterial .
Die Figur 8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bau¬ elements 100 gemäß einer Ausführungsform. Hier sind die Mik- rostrukturen 6 zwischen der Lichtquelle 3 und dem Konversi¬ onsmaterial 2, das als Konversionsschicht ausgeformt ist, an¬ geordnet. Das Konversionsmaterial 2 kann in Form einer Kera¬ mik ausgeformt sein oder in einem Matrixmterial eingettet sein. Die Primärstrahlung kann eine Abstrahlcharakteristik von +/- 10° aufweisen. Die Sekundärstrahlung kann eine Abstrahlcharakteristik +/- 40° aufweisen. Auch andere Wellenlänge und/oder Breitband mit einem Abstrahlwinkel von bei¬ spielsweise 40° x 60° sind für die Sekundärstrahlung 5 mög¬ lich. Das eingekapselte Konversionselement 2 in dem DOE dient zur Strahlformung der Primärstrahlung, beispielsweise 40° x 60°. 40° x 60° ist die Abstrahlcharakteristik nach dem Konversionselement, also das sogenannte Field-of-View . Das heißt, die Abstrahlcharaktistik ändert sich z.B. auf ein rechteckiges Field-of-View, so dass es z.B. kompatibel mit dem Field-of-View einer Kamera ist. Die Figuren 9A bis 9G zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungs¬ form. Die Figur 9A zeigt das Bereitstellen eines ersten Trägers 9. Auf diesen ersten Träger 9 kann eine Schicht 11, beispiels¬ weise ein Dielektrikum, aufgebracht werden.
In Figur 9B ist das Bereitstellen eines zweiten Trägers 10 gezeigt, auf dem eine Schicht 12, beispielsweise ein Dielekt¬ rikum, aufgebracht werden kann.
Anschließend können die dielektrischen Schichten 11, 12, die auf den jeweiligen Träger 9, 10 angeordnet sind, belichtet und geätzt werden und damit eine Strukturierung 6 in diesen dielektrischen Schichten erzeugt werden (Figuren 9C und 9D) . Es können damit die Mikrostrukturen 6 auf dem ersten und/oder zweiten Träger 9, 10 erzeugt werden. Der erste und/oder zweite Träger 9, 10 können beispielsweise aus Glas geformt sein. Auf den zweiten Träger 10 kann die Mikrostruktur 6 derart ausgeformt werden, dass sie einen Rahmen ausbildet, und das Konversionsmaterial 2 rahmenartig umgibt (Figur 9D) .
Anschließend können die Mikrostrukturen 6 auf dem ersten Träger 9, wie in 9E gezeigt, planarisiert werden.
Die Mikrostrukturen 6, die auf dem zweiten Träger 10 angeord- net sind, können beispielsweise mit einem Konversionsmaterial 2 verfüllt werden. Beide Träger, 9 und 10 können anschließend zusammengefügt werden und damit ein diffraktives optoelektronisches Element 1 gemäß einer Ausführungsform erzeugt werden. Das diffraktive optische Element 1 kann nun im Strahlengang einer Lichtquelle 3 angeordnet werden (hier nicht gezeigt) . Damit kann ein Bauelement 100 bereitgestellt werden, dass eine gewünschte Abstrahlcharakteristik aufweist. Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren be- schriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes Merkmal sowie die Kombination von Merkma¬ len, die insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprü- chen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 108 573.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
1 diffraktives optisches Element
2 Konversionsmaterial
3 Lichtquelle
4 PrimärStrahlung
5 SekundärStrahlung
6 Mikrostrukturen
7 Ausnehmung
8 weiteres Material
9 erster Träger
10 zweiter Träger
11 Schicht
12 Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend,
- ein diffraktives optisches Element (1), das zumindest
Konversionsmaterial (2) aufweist,
- eine Lichtquelle (3) , die zur Emission von Primärstrahlung (4) eingerichtet ist,
- wobei das Konversionsmaterial (2) in dem diffraktiven optischen Element (1) eingekapselt ist,
- wobei das Konversionsmaterial (2) im Strahlengang der
Primärstrahlung (4) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung (4) zumindest teilweise in Se¬ kundärstrahlung (5) zu konvertieren.
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (3) ein Laser ist.
3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Lichtquelle (3) ein VCSEL Array ist, die eine Pri¬ märstrahlung (4) mit einer Wellenlänge aus dem IR-Bereich aufweist .
4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Wellenlänge der Primärstrahlung (4) zwischen einschließlich 920 nm und einschließlich 950 nm ist.
5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionsmaterial (2) ein adamantanartiges Klus- termolekül ist.
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei das Klustermolekül Zinn aufweist.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei das Klustermolekül Zinn und Schwefel aufweist.
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionsmaterial [ ( (4- (CH2=CH) -CeH4) Sn) 4Se] ist.
9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Abstrahlwinkel der Primärstrahlung (4) zwischen < +- 30° und der Abstrahlwinkel der Sekundärstrahlung (5) >= des Abstrahlwinkels der Primärstrahlung ist.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das diffraktive optische Element (1) zumindest einen Träger (9, 10) und Mikrostrukturen (6) aufweist, wobei die Mikrostrukturen (6) zwischen Konversionsmaterial (2) und Lichtquelle (3) angeordnet sind.
11. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das diffraktive optische Element (1) Mikrostrukturen (6) aufweist, wobei die Mikrostrukturen (6) auf der der
Lichtquelle (3) gegenüberliegenden Seite des diffraktiven optischen Elements (1) angeordnet sind.
12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionsmaterial (2) als Konversionsschicht in¬ nerhalb des diffraktiven optischen Elements (1) angeordnet ist .
13. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 12, wobei die Mikrostrukturen (6) an der Lichtquelle ( 3 ) gegenüberliegenden Seite der Konversionsschicht direkt angeordnet sind und/oder wobei die Mikrostrukturen (6) an der Lichtquelle (3) zugewandten Seite der Konversionsschicht direkt angeordnet sind.
14. Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Mikrostrukturen (6) Ausnehmungen (7) aufweisen, die mit einem weiteren Material (8) gefüllt sind, wobei das wei¬ tere Material (8) einen größeren Brechungsindex als das Mate¬ rial des Trägers (9, 10) und/oder der Mikrostrukturen (6) aufweist .
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) mit den Schritten:
A) Bereitstellen einer Lichtquelle (3) , die zur Emission von Primärstrahlung (4) eingerichtet ist,
B) Erzeugen eines diffraktiven optischen Elements (1), das zumindest ein Konversionsmaterial (2) aufweist und im Strah¬ lengang der Primärstrahlung (4) angeordnet ist, dazu:
Bl) Bereitstellen von zwei Trägern (9, 10),
B2) Aufbringen oder Erzeugen von Mikrostrkturen zumindest auf den ersten Träger (9),
B3) Aufbringen des Konversionsmaterials (2) auf den zweiten Träger (10), B4) Zusammenfügen des ersten und zweiten Trägers (9, 10), so dass das Konversionsmaterial (2) in dem diffraktiven opti¬ schen Element (1) eingekapselt ist, wobei das Konversionsma¬ terial (2) dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung (4) zu- mindest teilweise in Sekundärstrahlung (5) zu konvertieren.
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