WO2021028352A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2021028352A1
WO2021028352A1 PCT/EP2020/072292 EP2020072292W WO2021028352A1 WO 2021028352 A1 WO2021028352 A1 WO 2021028352A1 EP 2020072292 W EP2020072292 W EP 2020072292W WO 2021028352 A1 WO2021028352 A1 WO 2021028352A1
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conversion plate
optoelectronic component
radiation
carrier
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Simon Lankes
Dennis Sprenger
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • An optoelectronic component is set up, in particular, to generate electromagnetic radiation, in particular light that is perceptible to the human eye.
  • One problem to be solved consists in specifying an optoelectronic component which has a particularly high luminance.
  • the optoelectronic component comprises at least one semiconductor emitter, the one for emitting electromagnetic radiation of a first
  • the active area preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • the semiconductor emitters are, for example, light or laser diodes.
  • the first wavelength range preferably comprises at least part of the range of the spectrum of electromagnetic radiation that is visible to humans.
  • the optoelectronic component or its embodiment described above comprises at least one wavelength conversion plate, which has a coupling-out surface and a side surface which is arranged to the side and oriented transversely to this having.
  • the side surface is divided into a plurality of sections.
  • the wavelength conversion plate is set up in particular to convert electromagnetic radiation of the first wavelength range to electromagnetic radiation of a second wavelength range, the second wavelength range being different from the first wavelength range.
  • the wavelength conversion plate has, for example, a ceramic matrix material into which particles of a conversion material are introduced.
  • the wavelength conversion plate is formed with at least one of the following materials: YAG,
  • LuAG silicon nitride or quantum dots, each with corresponding doping atoms.
  • Doping atoms are for example Ce, Gd, Ga.
  • the coupling-out surface of the wavelength conversion plate is preferably oriented parallel to the main plane of extension of the wavelength conversion plate.
  • the coupling-out surface is set up in particular for coupling out electromagnetic radiation from the wavelength conversion plate.
  • the side face oriented laterally and transversely to the coupling-out face delimits the wavelength conversion plate in particular in its main direction of extent.
  • the side face is preferably set up for coupling electromagnetic radiation into the wavelength conversion plate.
  • the optoelectronic component or one of its embodiments described above comprises a carrier on which the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate are arranged.
  • the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate are arranged in a common plane on the carrier.
  • the semiconductor emitter is on one opposite the
  • the carrier serves, for example, as a mounting surface for the following components.
  • the carrier is preferably a mechanically supporting component of the optoelectronic component which gives the component sufficient stability.
  • the carrier is designed as an essentially flat plate.
  • the carrier preferably has a high thermal conductivity in order to serve for cooling the components attached to the carrier.
  • the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate have a form-fitting connection to the carrier.
  • a heat exchange between the carrier, the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate is improved.
  • a direct arrangement of the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate on the carrier advantageously enables particularly good heat dissipation from the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate.
  • the coupling-out area faces away from the carrier.
  • Wavelength conversion plate refers to the side of the wavelength conversion plate that is on the side facing away from the carrier.
  • the decoupling surface is used especially for decoupling electromagnetic radiation from the wavelength conversion plate.
  • the semiconductor emitter is set up to irradiate the wavelength conversion plate on the side face with electromagnetic radiation.
  • the semiconductor emitter is arranged on the carrier in such a way that it irradiates the side face of the wavelength conversion plate with electromagnetic radiation.
  • the wavelength conversion plate is set up to emit mixed radiation comprising at least part of the radiation of the first wavelength range and converted radiation of a second wavelength range from the coupling-out surface.
  • the mixed radiation creates a white color impression for an observer.
  • the optoelectronic component or one of its embodiments described above comprises
  • At least one semiconductor emitter which has an active area set up to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range
  • At least one wavelength conversion plate which has a decoupling surface and a side surface arranged laterally to this and oriented transversely to this
  • the semiconductor emitter is set up to irradiate the wavelength conversion plate on the side face with electromagnetic radiation
  • the wavelength conversion plate is set up to emit mixed radiation comprising at least part of the radiation of the first wavelength range and converted radiation of a second wavelength range from the coupling-out surface.
  • An optoelectronic component described here is based, among other things, on the following considerations: the use of optoelectronic components, for example in automobile headlights, requires the integration of optoelectronic components in an increasingly smaller installation space, due to additional sensors, in particular cameras, which are also in the headlights, respectively the front area of the automobile. Due to the thus decreasing expansion of the optoelectronic components, while the demands on the amount of light generated by the components remain the same, components with higher luminance are advantageous. Sufficiently high luminance levels are provided, for example, by laser diodes which are used, for example, with the aid of a wavelength conversion plate to emit electromagnetic radiation with a white color impression. The smaller expansion of optoelectronic components means however, an increased heat development of the components. Furthermore, when using laser diodes, increased expenditure is necessary in order to avoid the direct impact of electromagnetic radiation from the laser diode on a viewer.
  • the optoelectronic component described here and its embodiments make use, inter alia, of the idea of a semiconductor emitter and a
  • Wavelength conversion plate takes place, for example, laterally and thus parallel to the main direction of extent of the carrier. The risk of electromagnetic radiation being coupled out directly from the semiconductor emitter is thus advantageously reduced.
  • the semiconductor emitter is a laser diode.
  • a laser diode has, in particular, a high luminance and a particularly high degree of polarization.
  • a laser diode is preferably set up to emit coherent radiation.
  • Coherent radiation is essentially monochromatic and comprises a very narrow spectral wavelength range.
  • the semiconductor emitter has a radiation cone, the cross section of which has an elliptical shape perpendicular to an axis of the radiation cone.
  • the semiconductor emitter is arranged on the carrier in such a way that the longer axis of the ellipse is aligned parallel to the main direction of extent of the side face of the wavelength conversion plate.
  • the parallel alignment does not necessarily have to be exactly parallel, but rather shows a slight deviation from the parallel alignment, for example within the scope of a manufacturing tolerance. Direct irradiation of the side surface with the electromagnetic radiation of the first wavelength range is thus possible.
  • Optical components for reshaping the radiation cone are advantageously dispensed with.
  • the side surface is oriented at the Brewster angle to the axis of the radiation cone.
  • the radiation of light emitted from the semiconductor emitter onto the side surface of the wavelength conversion plate thus takes place in particular at Brewster's angle, which advantageously reduces back reflection of the radiation.
  • the coupling efficiency of the electromagnetic radiation is thereby advantageously increased.
  • the coupling efficiency is determined, among other things, from the degree of polarization of the electromagnetic radiation and the alignment of the plane of polarization. A high degree of polarization advantageously results in increased coupling efficiency.
  • the side surface is inclined in the direction of the carrier in order to ensure the unimpeded coupling out of any remaining portion of a reflection from the Semiconductor emitter to prevent emitted radiation. Direct emission of radiation from the semiconductor emitter is thus advantageously avoided, as a result of which eye safety is increased.
  • an optical coating is applied to the side surface.
  • the optical coating is, for example, an anti-reflective coating or a dichroic coating.
  • the optical coating contributes, for example, to an increase in the coupling efficiency without being dependent on a specific angle of incidence. In other words, using a
  • Anti-reflective coating or a dichroic coating can increase the coupling efficiency even without aligning the side surface at the Brewster angle.
  • a simplified method for producing the side surface is made possible in this way, since no defined angle between the side surface and the radiation cone has to be maintained.
  • a light guide is arranged between the semiconductor emitter and the wavelength conversion plate, the radiation of the semiconductor emitter onto the
  • Wavelength conversion plate leads.
  • the assembly of the semiconductor emitter takes place independently of the geometry of the radiation cone and its distance from the wavelength conversion plate.
  • the light guide is preferably formed with a radiation-permeable material.
  • the refractive index of the material of the light guide is higher than the refractive index of the material surrounding it. This enables, for example, electromagnetic radiation to be guided in the light guide by means of total reflection.
  • At least two semiconductor emitters are used for irradiating the side face
  • Wavelength conversion plate provided. By means of two semiconductor emitters on opposite sides of the wavelength conversion plate, for example, particularly uniform illumination of the wavelength conversion plate is achieved.
  • the radiation cones of at least two semiconductor emitters at least partially overlap.
  • the radiation cones of the semiconductor emitters at least partially overlap in areas of the side face where a particularly high intensity of electromagnetic radiation is advantageous.
  • the wavelength conversion plate has at least one absorbing or reflecting sub-area for targeted influencing of the
  • An absorbing or reflecting sub-area is used, for example, to shape the radiation distribution emitted by the coupling-out surface.
  • a desired radiation distribution corresponding to a desired illumination of the roadway is achieved enables.
  • the partial area is preferably arranged as a coating on a side of the wavelength conversion plate facing away from the carrier. Alternatively, the partial area is let into the wavelength conversion plate
  • the wavelength conversion plate has conversion particles and scatter particles.
  • Conversion particles are particularly suitable for converting electromagnetic radiation of a first wavelength to electromagnetic radiation of a second wavelength.
  • Scatter particles are especially designed to spatially distribute electromagnetic radiation.
  • a desired intensity distribution of the mixed radiation over the coupling-out surface of the wavelength conversion plate is set by means of a variation of a scattering effect in the wavelength conversion plate.
  • the scattering effect is adjusted, for example, by varying the density, the size and / or the type of scattering centers. Pores filled with a gas, the scattering particles and / or the conversion particles, in particular, serve as scattering centers. For example, a decrease in intensity of the incident electromagnetic radiation of the first wavelength range is compensated for from the outside to the inside.
  • a desired distribution of radiation from the wavelength conversion plate over the coupling-out surface is thus targeted coupled out mixed radiation set.
  • the scattering effect varies, for example, by at least 5%, preferably by at least 10% of its mean value.
  • a desired intensity and / or color distribution of the mixed radiation over the coupling-out surface of the wavelength conversion plate is set by means of a variation of a conversion effect in the wavelength conversion plate.
  • a desired radiation distribution of the radiation coupled out from the wavelength conversion plate via the coupling-out surface is thus set in a targeted manner.
  • the conversion effect can be set, for example, by means of different dopants in the converter particles, a variation in the density of the converter particles, the size of the converter particles or the converter material used.
  • the wavelength conversion plate has a thickness of from 3 ⁇ m up to and including 500 ⁇ m, preferably from 70 ⁇ m up to and including 150 ⁇ m.
  • a particularly thin wavelength conversion plate advantageously enables particularly good heat dissipation from the wavelength conversion plate.
  • the first wavelength range of the semiconductor emitter comprises a range from 380 nm up to and including 500 nm, preferably a range from including 440 nm up to and including 460 nm.
  • a wavelength conversion to, for example, yellow light is particularly easy.
  • a mixed light is generated that gives an observer a white color impression.
  • the carrier is formed with one of the following materials: aluminum nitride, a metal and / or a silicon carbide.
  • Aluminum nitride, metals and silicon carbide have particularly high thermal conductivity.
  • the metal includes in particular Au, Ag and / or Cu or an alloy of the metals mentioned.
  • a high thermal conductivity advantageously contributes to particularly efficient heat dissipation of the components applied to the carrier.
  • a coating that increases the reflection of a radiation to be emitted by the wavelength conversion plate is arranged between the carrier and the wavelength conversion plate.
  • the radiation to be emitted by the wavelength conversion plate comprises the electromagnetic radiation of the first wavelength range and the converted radiation. So one of the
  • Wavelength conversion plate emitted radiation is preferably coupled out in the direction of the coupling-out surface.
  • the coating is only applied in certain areas.
  • the coating is initially applied to the wavelength conversion plate.
  • the wavelength conversion plate provides, in particular, a smooth and level surface which enables the coating to be arranged in a particularly simple manner.
  • the coating is applied to the carrier before the wavelength conversion plate is mounted on the carrier. The arrangement of a very thin, for example sprayed on, coating is advantageously facilitated.
  • An optoelectronic component described here and its embodiments are particularly suitable for use as a headlight in an automobile.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an optoelectronic component described here in accordance with a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a section of a schematic view of the optoelectronic component described here in accordance with the first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic view of an optoelectronic component described here in accordance with a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component described here in accordance with a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component described here in accordance with the first exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a wavelength conversion plate described here in accordance with a first exemplary embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component described here in accordance with a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component described here in accordance with a fifth exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an optoelectronic component 1 described here in accordance with a first exemplary embodiment.
  • the illustrated optoelectronic component 1 comprises four semiconductor emitters 10 and a wavelength conversion plate 20, which together is arranged with the semiconductor emitters on a carrier 30.
  • the semiconductor emitters 10 are designed as laser diodes and are set up to emit coherent electromagnetic radiation. Furthermore, the semiconductor emitters 10 each have elliptical radiation cones, each with a longer elliptical axis and a shorter elliptical axis. The longer axis of the ellipse is caused in particular by a large angle of radiation, while the shorter axis of the ellipse causes a small angle of radiation.
  • the semiconductor emitters 10 are mounted on opposite sides of the wavelength conversion plate 20 in order to ensure a particularly uniform irradiation of the side surfaces 20B.
  • the radiation cone of the semiconductor emitter 10 corresponds in a cross section transverse to the axis of the radiation cone to an ellipse.
  • the semiconductor emitters 10 are arranged on the carrier 30 in such a way that the longer axis of the ellipse is aligned parallel to the main direction of extent of the wavelength conversion plate 20 within the scope of a manufacturing tolerance.
  • the semiconductor emitters 10 are mounted by means of an auxiliary carrier 301 in order to ensure sufficient mechanical stability of the mounted semiconductor emitters 10.
  • the auxiliary carrier enables an arrangement of the semiconductor emitters 10 rotated by 90 ° along the main axis of the radiation cone.
  • the longer elliptical axis of the semiconductor emitters 10 is preferably aligned parallel to the main extension plane of the wavelength conversion plate 20.
  • the auxiliary carrier 301 is formed with aluminum nitride or silicon carbide and also improves the cooling of the semiconductor emitters 10.
  • the direct arrangement of the semiconductor emitters 10 on the carrier 30 advantageously enables particularly good cooling and also serves to align the semiconductor emitters 10 and the wavelength conversion plate 20 in a common Level.
  • the wavelength conversion plate 20 is formed with one of the following materials: YAG, LuAG, silicon nitride or quantum dots, each with corresponding doping atoms. Doping atoms are, for example, Ce, Gd, Ga.
  • the wavelength conversion plate 20 comprises a coupling-out surface 20A through which electromagnetic radiation is coupled out.
  • the coupling-out surface 20A has an edge length of 300 ⁇ m on its shorter side and an edge length of 1 mm on its longer side.
  • the wavelength conversion plate 20 has a specifically shaped decoupling surface 20A in order to achieve a desired radiation characteristic.
  • a shadow edge desired for a low beam of an automobile is generated in this way.
  • a side surface 20B arranged around the wavelength conversion plate 20 is located transversely to the coupling-out surface 20A.
  • the thickness of the wavelength conversion plate 20 is equal to the height of the side surface 20B and is between 70 ⁇ m and 100 ⁇ m, inclusive.
  • the coupling of electromagnetic radiation from the semiconductor emitter 10 takes place on the side face 20B of the wavelength conversion plate 20.
  • the carrier 30 is formed with aluminum nitride and has a particularly high thermal conductivity.
  • a protective layer 50 on the upper side of the carrier 30.
  • the protective layer 50 is designed to be radiation-permeable and, for example, made of a glass or sapphire.
  • FIG. 2 shows a section of a schematic view of the optoelectronic component described here in accordance with the first exemplary embodiment.
  • the cutout includes a semiconductor emitter 10, an auxiliary carrier 301 and the wavelength conversion plate 20. The coupling of the electromagnetic radiation from the semiconductor emitter 10 into the side surface 20B of the wavelength conversion plate can be clearly seen.
  • the side surface 20B has a bevel that faces the carrier 30.
  • the beveling takes place at an angle which ensures that the electromagnetic radiation from the semiconductor emitter 10 strikes the side face 20B of the wavelength conversion plate 20 at the Brewster angle. This ensures particularly efficient coupling of the electromagnetic radiation into the wavelength conversion plate 20.
  • FIG. 3 shows a schematic view of an optoelectronic component 1 described here in accordance with a second exemplary embodiment.
  • the optoelectronic component 1 comprises four semiconductor emitters 10 which are arranged on a carrier 30 together with a wavelength conversion plate 20, four light guides 40 and four auxiliary carriers 301.
  • a protective layer 50 which is designed to be transparent to the emitted light.
  • the light guides 40 are on the carrier 30 between the semiconductor emitters 10 and the
  • Wavelength conversion plate 20 is arranged.
  • the light guides 40 serve to guide electromagnetic radiation emitted by the semiconductor emitter 10 in the direction of the wavelength conversion plate 20.
  • the refractive index of the light guides 40 is higher than the refractive index of the material surrounding them.
  • the semiconductor emitters 10 are assembled in this way without taking into account the opening angle of the radiation cone of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor emitters 10.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component 1 described here in accordance with a third exemplary embodiment.
  • Two optoelectronic semiconductor emitters 10 with auxiliary carriers 301 are applied to a carrier 30.
  • the semiconductor emitters 10 each include an active region 100 set up to generate electromagnetic radiation.
  • the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor emitters 10 enters the wavelength conversion plate 20 through the side face 20B.
  • Wavelength conversion plate 20 at least part of the electromagnetic radiation of the first wavelength range is converted to electromagnetic radiation of a second wavelength range that differs from the first wavelength range.
  • the radiation of the first wavelength range and the second wavelength range mixes in the
  • Wavelength conversion plate 20 to a mixed radiation.
  • the wavelength conversion plate 20 has a coupling-out surface 20A through which the mixed radiation is coupled out of the wavelength conversion plate 20.
  • the mixed radiation is composed, in particular, of blue light and yellow light and thus evokes a white color impression in a viewer.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component 1 described here in accordance with the first exemplary embodiment.
  • the form of representation shown in FIG. 5 clearly shows a bevel of the side surfaces 20B towards the carrier 30.
  • the bevel of the side surfaces 20B enables electromagnetic radiation from the semiconductor emitters 10 to be coupled into the wavelength conversion plate 20 at Brewster's angle.
  • the inclination of the side surface 20B in the direction of the carrier 30 advantageously prevents a possible direct coupling out of electromagnetic radiation of the first wavelength range. Radiation of the first
  • the wavelength range which emerges from the semiconductor emitters 10 and is partially reflected by the side surface 20B is thus only reflected in the direction of the carrier 30 in order to be absorbed there, for example.
  • FIG. 6 shows a schematic plan view of a wavelength conversion plate 20 described here in accordance with a first exemplary embodiment. The shown
  • Wavelength conversion plate 20 comprises several partial areas 201 which are designed to be absorbent or reflective.
  • the partial areas 201 thus become, for example, a projection of a logo in that these sub-areas have reduced or no emission of electromagnetic radiation.
  • the subregions 201 are arranged in particular as coatings on the side of the wavelength conversion plate 20 facing away from the carrier 30.
  • a reflective partial area 201 at least partially reflects electromagnetic radiation back into the wavelength conversion plate 20, whereby the radiation can be coupled out at another point.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component 1 described here in accordance with a fourth exemplary embodiment.
  • the optoelectronic component 1 comprises a carrier 30, on which a plurality of semiconductor emitters 10 are mounted with the aid of auxiliary carriers 301.
  • the semiconductor emitters 10 each include an active area for generating electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • a wavelength conversion plate 20 is mounted on the carrier 30 and is set up to convert electromagnetic radiation of the first wavelength range at least partially into electromagnetic radiation of a second
  • the semiconductor emitters 10 couple the electromagnetic radiation of the first wavelength range into the wavelength conversion plate 20 via the side faces 20B of the wavelength conversion plate 20.
  • a mixed radiation of electromagnetic radiation of the first and second wavelength ranges consequently emerges from the wavelength conversion plate 20.
  • the carrier 30 also has a reflection-increasing coating 60 between the carrier 30 and the Wavelength conversion plate 20 is arranged.
  • the reflection-increasing coating 60 is formed, for example, with a metal or a titanium dioxide and is used to reflect the mixed radiation generated in the wavelength conversion plate 20.
  • the reflection-increasing coating 60 advantageously increases the efficiency of the optoelectronic component 1.
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of an optoelectronic component 1 described here in accordance with a fifth exemplary embodiment.
  • the fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the third exemplary embodiment shown in FIG.
  • an optical coating 70 is arranged on the side surface 20B of the wavelength conversion plate 20.
  • the optical coating 70 comprises an anti-reflective layer and / or a dichroic layer and advantageously increases the coupling efficiency of electromagnetic radiation into the wavelength conversion plate 20.
  • the side surface 20B does not have to be oriented at a special angle to the radiation cone of the electromagnetic radiation.
  • a dichroic layer is permeable to the electromagnetic radiation of the semiconductor emitter 10, while it is designed to be reflective for the electromagnetic radiation converted in the wavelength conversion plate 20.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (1) angegeben, das zumindest einen Halbleiteremitter (10) umfasst, der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich (100) aufweist. Ferner umfasst das optoelektronische Bauelement (1) zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte (20), die eine Auskoppelfläche (20A) und eine seitlich zu dieser angeordnete quer zu dieser ausgerichtete Seitenfläche (20B) aufweist, und einen Träger (30), auf dem der Halbleiteremitter (10) und die Wellenlängenkonversionsplatte (20) angeordnet sind. Die Auskoppelfläche (20A) ist von dem Träger (30) abgewandt. Der Halbleiteremitter (10) ist dazu eingerichtet, die Wellenlängenkonversionsplatte (20) an der Seitenfläche (20B) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen. Die Wellenlängenkonversionsplatte (20) ist dazu eingerichtet eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs, aus der Auskoppelfläche (20A) zu emittieren.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Ein optoelektronisches Bauelement ist insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht, eingerichtet.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine besonders hohe Leuchtdichte aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement zumindest einen Halbleiteremitter, der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich aufweist. Der aktive Bereich umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine EinfachquantentopfStruktur (SQW, Single Quantum Well) oder eine MehrfachquantentopfStruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung. Bei den Halbleiteremittern handelt es sich beispielsweise um Leucht oder Laserdioden. Der erste Wellenlängenbereich umfasst bevorzugt zumindest einen Teil des für den Menschen sichtbaren Bereichs des Spektrums elektromagnetischer Strahlung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement oder seine oben beschriebene Ausführungsform zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte, die eine Auskoppelfläche und eine seitlich zu dieser angeordnete, quer zu dieser ausgerichtete, Seitenfläche aufweist. Insbesondere ist die Seitenfläche in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt.
Die Wellenlängenkonversionsplatte ist insbesondere zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu elektromagnetischer Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet, wobei der zweite Wellenlängenbereich von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist. Die Wellenlängenkonversionsplatte weist beispielsweise ein keramisches Matrixmaterial auf, in das Partikel eines Konversionsmaterials eingebracht sind. Insbesondere ist die Wellenlängenkonversionsplatte mit zumindest einem der folgenden Materialien gebildet: YAG,
LuAG, Siliziumnitrid oder Quantum-Dots mit jeweils entsprechenden Dotieratomen. Dotieratome sind beispielsweise Ce, Gd, Ga.
Die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte ist bevorzugt parallel zur Haupterstreckungsebene der Wellenlängenkonversionsplatte orientiert. Die Auskoppelfläche ist insbesondere zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus der Wellenlängenkonversionsplatte eingerichtet. Die seitlich und quer zur Auskoppelfläche ausgerichtete Seitenfläche begrenzt die Wellenlängenkonversionsplatte insbesondere in ihrer Haupterstreckungsrichtung. Die Seitenfläche ist bevorzugt zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen einen Träger, auf dem der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte angeordnet sind. Insbesondere sind der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte in einer gemeinsamen Ebene auf dem Träger angeordnet. Beispielsweise ist der Halbleiteremitter auf einer gegenüber der
Wellenlängenkonversionsplatte geneigten Fläche des Trägers angeordnet. Der Träger dient beispielsweise als eine Montagefläche für die nachfolgenden Bauelemente. Der Träger ist bevorzugt eine mechanisch stützende Komponente des optoelektronischen Bauelements, die dem Bauelement eine ausreichende Stabilität verleiht. Beispielsweise ist der Träger als eine im Wesentlichen ebene Platte ausgeführt. Der Träger weist bevorzugt eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um zur Entwärmung der auf dem Träger angebrachten Bauelemente zu dienen.
Beispielsweise weisen der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte eine formschlüssige Verbindung zu dem Träger auf. So wird insbesondere ein Wärmeaustausch zwischen dem Träger, dem Halbleiteremitter und der Wellenlängenkonversionsplatte verbessert. Eine direkte Anordnung des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte auf dem Träger ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Entwärmung des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Auskoppelfläche von dem Träger abgewandt. Die Auskoppelfläche der
Wellenlängenkonversionsplatte bezeichnet die Seite der Wellenlängenkonversionsplatte, die sich auf der vom Träger abgewandten Seite befindet. Die Auskoppelfläche dient insbesondere zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus der Wellenlängenkonversionsplatte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Halbleiteremitter dazu eingerichtet, die Wellenlängenkonversionsplatte an der Seitenfläche mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen. Mit anderen Worten, der Halbleiteremitter ist derart auf dem Träger angeordnet, dass er die Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt. Dadurch wird insbesondere auf ein optisches Element zwischen dem Halbleiteremitter und der Wellenlängenkonversionsplatte verzichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Wellenlängenkonversionsplatte dazu eingerichtet, eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs aus der Auskoppelfläche zu emittieren. Beispielsweise erzeugt die Mischstrahlung einen weißen Farbeindruck bei einem Betrachter .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement oder eine seiner oben beschriebenen Ausführungsformen,
- zumindest einen Halbleiteremitter, der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich aufweist, - zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte, die eine Auskoppelfläche und eine seitlich zu dieser angeordnete quer zu dieser ausgerichtete Seitenfläche aufweist, und
- einen Träger, auf dem der Halbleiteremitter und die Wellenlängenkonversionsplatte angeordnet sind, wobei
- die Auskoppelfläche von dem Träger abgewandt ist,
- der Halbleiteremitter dazu eingerichtet ist, die Wellenlängenkonversionsplatte an der Seitenfläche mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, und
- die Wellenlängenkonversionsplatte dazu eingerichtet ist, eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs aus der Auskoppelfläche zu emittieren.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: der Einsatz von optoelektronischen Bauelementen, beispielsweise in Automobilscheinwerfern, erfordert die Integration von optoelektronischen Bauelementen in einem immer kleiner werdenden Bauraum, aufgrund von zusätzlichen Sensoren, insbesondere Kameras, die ebenfalls im Scheinwerfer, beziehungsweise dem Frontbereich des Automobils, Platz finden sollen. Bedingt durch die somit geringer werdende Ausdehnung der optoelektronischen Bauelemente, bei gleichbleibenden Anforderungen an eine von den Bauelementen generierte Lichtmenge, werden Bauelemente mit höheren Leuchtdichten vorteilhaft. Ausreichend hohe Leuchtdichten werden beispielsweise von Laserdioden bereitgestellt, die beispielsweise mithilfe einer Wellenlängenkonversionsplatte zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einem weißen Farbeindruck verwendet werden. Die geringere Ausdehnung von optoelektronischen Bauelementen bedeutet jedoch eine erhöhte Wärmeentwicklung der Bauelemente. Ferner ist bei der Verwendung von Laserdioden ein erhöhter Aufwand notwendig, um das direkte Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung aus der Laserdiode bei einem Betrachter zu vermeiden .
Das hier beschriebene optoelektronische Bauelement und dessen Ausführungsformen machen unter anderem von der Idee Gebrauch, einen Halbleiteremitter und eine
Wellenlängenkonversionsplatte auf einen Träger in einer gemeinsamen Ebene zu montieren. Durch die direkte Montage des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte ist eine besonders gute Entwärmung des Halbleiteremitters und der Wellenlängenkonversionsplatte möglich. Die Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in die
Wellenlängenkonversionsplatte erfolgt beispielsweise seitlich und somit parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Trägers. Die Gefahr einer direkten Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiteremitter ist somit vorteilhaft verringert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Halbleiteremitter eine Laserdiode. Eine Laserdiode weist insbesondere eine hohe Leuchtdichte und einen besonders hohen Polarisationsgrad auf. Ferner ist eine Laserdiode bevorzugt zur Emission von kohärenter Strahlung eingerichtet. Kohärente Strahlung ist im Wesentlichen monochromatisch und umfasst einen sehr schmalen spektralen Wellenlängenbereich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist der Halbleiteremitter einen Abstrahlkegel auf, dessen Querschnitt senkrecht zu einer Achse des Abstrahlkegels eine elliptische Form aufweist. Der Halbleiteremitter ist derart auf dem Träger angeordnet, dass die längere Ellipsenachse parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte ausgerichtet ist. Die parallele Ausrichtung muss nicht zwingend exakt parallel sein, sondern weist beispielsweise im Rahmen einer Fertigungstoleranz eine geringe Abweichung von der parallelen Ausrichtung ab. So ist eine direkte Bestrahlung der Seitenfläche mit der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs möglich. Auf optische Bauelemente zur Umformung des Abstrahlkegels wird vorteilhaft verzichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Seitenfläche im Brewster Winkel zur Achse des Abstrahlkegels ausgerichtet. Die Einstrahlung von aus dem Halbleiteremitter emittierten Lichtes auf die Seitenfläche der Wellenlängenkonversionsplatte erfolgt somit insbesondere im Brewster Winkel, wodurch vorteilhaft eine Rückreflexion der Strahlung vermindert wird. Die Einkoppeleffizienz der elektromagnetischen Strahlung ist dadurch vorteilhaft erhöht. Die Einkoppeleffizienz bestimmt sich unter anderem aus dem Polarisationsgrad der elektromagnetischen Strahlung und der Ausrichtung der Polarisationsebene. Vorteilhaft bewirkt ein hoher Polarisationsgrad eine erhöhte Einkoppeleffizienz.
Insbesondere ist die Seitenfläche in Richtung des Trägers geneigt, um die ungehinderte Auskopplung eines eventuell verbleibenden Anteils einer Reflexion der aus dem Halbleiteremitter emittierten Strahlung zu unterbinden. So wird vorteilhaft eine direkte Emission von Strahlung aus dem Halbleiteremitter vermieden, wodurch die Augensicherheit erhöht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist auf der Seitenfläche eine optische Beschichtung aufgebracht. Die optische Beschichtung ist beispielsweise eine Antireflexbeschichtung oder eine dichroitische Beschichtung. Die optische Beschichtung trägt beispielsweise zu einer Erhöhung der Einkoppeleffizienz bei, ohne eine Abhängigkeit von einem bestimmten Einfallswinkel. Mit anderen Worten, die Verwendung einer
Antireflexbeschichtung oder einer dichroitischen Beschichtung kann die Einkoppeleffizienz auch ohne eine Ausrichtung der Seitenfläche im Brewster Winkel erhöhen. Beispielsweise wird so ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung der Seitenfläche ermöglicht, da kein definierter Winkel der Seitenfläche zu dem Abstrahlkegel eingehalten werden muss.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist zwischen dem Halbleiteremitter und der Wellenlängenkonversionsplatte ein Lichtleiter angeordnet, der Strahlung des Halbleiteremitters auf die
Wellenlängenkonversionsplatte führt. Beispielsweise erfolgt die Montage des Halbleiteremitters somit unabhängig von der Geometrie des Abstrahlkegels und seinem Abstand zu der Wellenlängenkonversionsplatte. Der Lichtleiter ist bevorzugt mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Der Brechungsindex des Materials des Lichtleiters ist höher als der Brechungsindex des ihn umgebenden Materials. Dies ermöglicht beispielsweise das Führen von elektromagnetischer Strahlung in dem Lichtleiter mittels Totalreflexion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen sind zumindest zwei Halbleiteremitter zur Bestrahlung der Seitenfläche der
Wellenlängenkonversionsplatte vorgesehen. Mittels zweier Halbleiteremitter auf gegenüberliegenden Seiten der Wellenlängenkonversionsplatte wird beispielsweise eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung der Wellenlängenkonversionsplatte erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen überlappen sich die Abstrahlkegel von zumindest zwei Halbleiteremittern zumindest teilweise. Die Abstrahlkegel der Halbleiteremitter überlappen sich zumindest teilweise in Bereichen der Seitenfläche, an denen eine besonders hohe Intensität von elektromagnetischer Strahlung vorteilhaft ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Wellenlängenkonversionsplatte zumindest einen absorbierenden oder reflektierenden Teilbereich zur gezielten Beeinflussung des
Abstrahlverhaltens der Wellenlängenkonversionsplatte auf. Ein absorbierender oder reflektierender Teilbereich dient beispielsweise zur Formung der von der Auskoppelfläche emittierten Strahlungsverteilung. In einem Autoscheinwerfer wird beispielsweise eine gewünschte Strahlungsverteilung entsprechend einer gewünschten Ausleuchtung der Fahrbahn ermöglicht. Beispielsweise ist somit auch die Projektion eines Firmenlogos möglich. Der Teilbereich ist bevorzugt als eine Beschichtung auf einer dem Träger abgewandten Seite der Wellenlängenkonversionsplatte angeordnet. Alternativ ist der Teilbereich in die Wellenlängenkonversionsplatte eingelassen
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Wellenlängenkonversionsplatte Konversionspartikel und Streupartikel auf. Konversionspartikel sind insbesondere dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge zu elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge zu konvertieren. Streupartikel sind insbesondere dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung räumlich zu verteilen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine gewünschte Intensitätsverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte mittels einer Variation einer Streuwirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte eingestellt. Die Streuwirkung wird beispielsweise mittels einer Variation der Dichte, der Größe und/oder der Art von Streuzentren eingestellt. Als Streuzentren dienen insbesondere mit einem Gas gefüllte Poren, die Streupartikel und/oder die Konversionspartikel. Beispielsweise wird so ein Intensitätsabfall der einfallenden elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs von außen nach innen ausgeglichen. Insbesondere wird somit gezielt eine gewünschte Strahlungsverteilung der aus der Wellenlängenkonversionsplatte über die Auskoppelfläche ausgekoppelten Mischstrahlung eingestellt. Die Streuwirkung variiert beispielsweise um mindestens 5%, bevorzugt um mindestens 10% ihres Mittelwertes.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine gewünschte Intensitäts- und/oder Farbverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche der Wellenlängenkonversionsplatte mittels einer Variation einer Konversionswirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte eingestellt. Beispielsweise wird somit gezielt eine gewünschte Strahlungsverteilung der aus der Wellenlängenkonversionsplatte über die Auskoppelfläche ausgekoppelten Strahlung eingestellt. Die Konversionswirkung ist beispielsweise mittels unterschiedlicher Dotierstoffe in den Konverterpartikeln, einer Variation der Dichte der Konverterpartikel, der Größe der Konverterpartikel oder dem verwendeten Konvertermaterial einstellbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen weist die Wellenlängenkonversionsplatte eine Dicke von einschließlich 3 gm bis einschließlich 500 gm, bevorzugt von einschließlich 70 pm bis einschließlich 150 pm auf. Eine besonders dünne Wellenlängenkonversionsplatte ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Entwärmung der Wellenlängenkonversionsplatte .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst der erste Wellenlängenbereich des Halbleiteremitters einen Bereich von einschließlich 380 nm bis einschließlich 500 nm, bevorzugt einen Bereich von einschließlich 440 nm bis einschließlich 460 nm. Innerhalb dieses Wellenlängenbereichs ist besonders einfach eine Wellenlängenkonversion zu beispielsweise gelbem Licht möglich. So wird beispielsweise ein Mischlicht erzeugt, das bei einem Betrachter einen weißen Farbeindruck hervorruft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Träger mit einem der folgenden Materialien gebildet: Aluminiumnitrid, einem Metall und/oder einem Siliziumcarbid. Aluminiumnitrid, Metalle und Siliziumkarbid weisen eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Das Metall umfasst insbesondere Au, Ag und/oder Cu oder eine Legierung aus den genannten Metallen. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit trägt vorteilhaft zu einer besonders effizienten Entwärmung der auf dem Träger aufgebrachten Bauelemente bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements oder einer seiner oben beschriebenen Ausführungsformen ist zwischen dem Träger und der Wellenlängenkonversionsplatte eine für eine von der Wellenlängenkonversionsplatte zu emittierende Strahlung reflexionssteigernde Beschichtung angeordnet. Die von der Wellenlängenkonversionsplatte zu emittierende Strahlung umfasst die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und die konvertierte Strahlung. Vorteilhaft wird so eine aus der
Wellenlängenkonversionsplatte emittierte Strahlung bevorzugt in Richtung der Auskoppelfläche ausgekoppelt. Beispielsweise ist die Beschichtung nur bereichsweise aufgebracht. Die Beschichtung ist beispielsweise zunächst auf der Wellenlängenkonversionsplatte aufgebracht. Die Wellenlängenkonversionsplatte stellt insbesondere eine glatte und ebene Oberfläche bereit, die eine besonders einfache Anordnung der Beschichtung ermöglicht. Alternativ ist die Beschichtung auf dem Träger aufgebracht, bevor die Wellenlängenkonversionsplatte auf dem Träger montiert ist. So ist vorteilhaft die Anordnung einer sehr dünnen, beispielsweise aufgesprühten, Beschichtung erleichtert.
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement und seine Ausführungsformen sind insbesondere für den Einsatz als Scheinwerfer in einem Automobil geeignet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 einen Ausschnitt einer schematischen Ansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 6 eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Wellenlängenkonversionsplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
Figur 8 eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
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.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das dargestellte optoelektronische Bauelement 1 umfasst vier Halbleiteremitter 10 und eine Wellenlängenkonversionsplatte 20, die gemeinsam mit den Halbleiteremittern auf einem Träger 30 angeordnet ist.
Die Halbleiteremitter 10 sind als Laserdioden ausgeführt und zur Emission von kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Ferner weisen die Halbleiteremitter 10 jeweils elliptische Abstrahlkegel mit jeweils einer längeren Ellipsenachse und einer kürzeren Ellipsenachse auf. Die längere Ellipsenachse bedingt insbesondere durch einen großen Abstrahlwinkel, während die kürzere Ellipsenachse einen kleinen Abstrahlwinkel bedingt.
Die Halbleiteremitter 10 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Wellenlängenkonversionsplatte 20 montiert, um eine besonders gleichmäßige Bestrahlung der Seitenflächen 20B zu gewährleisten. Der Abstrahlkegel der Halbleiteremitter 10 entspricht in einem Querschnitt quer zur Achse des Abstrahlkegels einer Ellipse. Die Halbleiteremitter 10 sind derart auf dem Träger 30 angeordnet, dass die längere Achse der Ellipse im Rahmen einer Herstellungstoleranz parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ausgerichtet ist. Die Halbleiteremitter 10 sind mittels eines Hilfsträgers 301 montiert, um eine ausreichende mechanische Stabilität der montierten Halbleiteremitter 10 zu gewährleisten .
Weiterhin ermöglicht der Hilfsträger eine um 90° entlang der Hauptachse des Abstrahlkegels gedrehte Anordnung der Halbleiteremitter 10. Die längere Ellipsenachse der Halbleiteremitters 10 ist vorzugsweise parallel zur Haupterstreckungsebene der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ausgerichtet. Dadurch ist vorteilhaft eine einfache Ausleuchtung der Seitenfläche 20B unter Ausnutzung des Brewsterwinkels möglich. Der Hilfsträger 301 ist mit Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbid gebildet und verbessert zusätzlich eine Entwärmung der Halbleiteremitter 10. Die direkte Anordnung der Halbleiteremitter 10 auf dem Träger 30 ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Entwärmung und dient zudem einer gleichmäßigen Ausrichtung der Halbleiteremitter 10 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 in einer gemeinsamen Ebene.
Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 ist mit einem der folgenden Materialien gebildet: YAG, LuAG, Siliziumnitrid oder Quantum-Dots mit jeweils entsprechenden Dotieratomen. Dotieratome sind beispielsweise Ce, Gd, Ga. Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 umfasst eine Auskoppelfläche 20A, durch die elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird. Die Auskoppelfläche 20A weist auf ihrer kürzeren Seite eine Kantenlänge von 300 gm und auf ihrer längeren Seite eine Kantenlänge von 1 mm auf. Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 weist eine gezielt geformte Auskoppelfläche 20A auf, um eine gewünschte Abstrahlcharakteristik zu erzielen.
Beispielsweise wird so eine für ein Abblendlicht eines Automobils gewünschte Schattenkante erzeugt. Quer zur Auskoppelfläche 20A befindet sich eine um die Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnete Seitenfläche 20B. Die Dicke der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ist gleich der Höhe der Seitenfläche 20B und beträgt zwischen jeweils einschließlich 70 gm und 100 pm. Die Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung der Halbleiteremitter 10 erfolgt an der Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20. Der Träger 30 ist mit Aluminiumnitrid gebildet und weist eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Zum Schutz der Halbleiteremitter 10 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 vor äußeren Umwelteinflüssen befindet sich auf der Oberseite des Trägers 30 eine Schutzschicht 50. Die Schutzschicht 50 ist strahlungsdurchlässig ausgeführt und beispielsweise mit einem Glas oder Saphir gebildet.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines schematischen Ansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Ausschnitt umfasst einen Halbleiteremitter 10, einen Hilfsträger 301 und die Wellenlängenkonversionsplatte 20. Dabei ist die Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiteremitter 10 in die Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte gut erkennbar.
Die Seitenfläche 20B weist eine Abschrägung auf, die dem Träger 30 zugewandt ist. Die Abschrägung erfolgt in einem Winkel, der sicherstellt, dass die elektromagnetische Strahlung aus dem Halbleiteremitter 10 im Brewsterwinkel auf die Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20 auftrifft. Dadurch ist eine besonders effiziente Einkopplung der elektromagnetischen Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 gewährleistet.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Bauelement 1 umfasst vier Halbleiteremitter 10 die gemeinsam mit einer Wellenlängenkonversionsplatte 20, vier Lichtleitern 40 und vier Hilfsträgern 301 auf einem Träger 30 angeordnet sind.
Zum Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen befindet sich oberhalb des Trägers 30 eine Schutzschicht 50 die für das emittierte Licht durchlässig ausgeführt ist.
Die Lichtleiter 40 sind auf dem Träger 30 jeweils zwischen den Halbleiteremittern 10 und der
Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnet. Die Lichtleiter 40 dienen einer Führung einer von dem Halbleiteremitter 10 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Richtung der Wellenlängenkonversionsplatte 20. Der Brechungsindex der Lichtleiter 40 ist höher als der Brechungsindex des sie umgebenden Materials. Beispielsweise erfolgt so eine Montage der Halbleiteremitter 10 ohne Berücksichtigung des Öffnungswinkels der Abstrahlkegel der von den Halbleiteremittern 10 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Auf einem Träger 30 sind zwei optoelektronische Halbleiteremitter 10 mit Hilfsträgern 301 aufgebracht. Die Halbleiteremitter 10 umfassen jeweils einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich 100. Die von den Halbleiteremittern 10 emittierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs tritt durch die Seitenfläche 20B in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 ein. In der
Wellenlängenkonversionsplatte 20 wird zumindest ein Teil der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu einer elektromagnetischen Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs konvertiert, der sich vom ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und des zweiten Wellenlängenbereichs vermischt sich in der
Wellenlängenkonversionsplatte 20 zu einer Mischstrahlung. Die Wellenlängenkonversionsplatte 20 verfügt über eine Auskoppelfläche 20A durch die die Mischstrahlung aus der Wellenlängenkonversionsplatte 20 ausgekoppelt wird. Die Mischstrahlung setzt sich insbesondere aus blauem Licht und gelbem Licht zusammen und ruft so bei einem Betrachter einen weißen Farbeindruck hervor.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die in Figur 5 gezeigte Darstellungsform zeigt deutlich eine Abschrägung der Seitenflächen 20B zum Träger 30 hin. Die Abschrägung der Seitenflächen 20B ermöglicht eine Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung aus den Halbleiteremittern 10 in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 im Brewsterwinkel.
Die Neigung der Seitenfläche 20B in Richtung des Trägers 30 verhindert vorteilhaft eine mögliche direkte Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs, welche aus den Halbleiteremittern 10 austritt und von der Seitenfläche 20B teilweise reflektiert wird, wird so nur in Richtung des Trägers 30 reflektiert, um dort beispielsweise absorbiert zu werden.
Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Wellenlängenkonversionsplatte 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die dargestellte
Wellenlängenkonversionsplatte 20 umfasst mehrere Teilbereiche 201 die absorbierend oder reflektierend ausgeführt sind. Die Teilbereiche 201 werden so beispielsweise zur Projektion eines Logos eingesetzt, indem diese Teilbereiche eine verminderte oder keine Emission von elektromagnetischer Strahlung aufweisen. Die Teilbereiche 201 sind insbesondere als Beschichtungen auf der dem Träger 30 abgewandten Seite der Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnet. Ein reflektierend ausgeführter Teilbereich 201 reflektiert elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise wieder zurück in die Wellenlängenkonversionsplatte 20, wodurch die Strahlung an einer anderen Stelle ausgekoppelt werden kann.
Figur 7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Bauelement 1 umfasst einen Träger 30, auf dem mithilfe von Hilfsträgern 301 mehrere Halbleiteremitter 10 montiert sind. Die Halbleiteremitter 10 umfassen jeweils einen aktiven Bereich zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs. Auf dem Träger 30 ist eine Wellenlängenkonversionsplatte 20 montiert, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs zu konvertieren. Über die Seitenflächen 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20 koppeln die Halbleiteremitter 10 die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in die Wellenlängenkonversionsplatte 20 ein. Aus der Wellenlängenkonversionsplatte 20 tritt folglich eine Mischstrahlung von elektromagnetischer Strahlung des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs aus.
Der Träger 30 weist ferner eine reflexionssteigernde Beschichtung 60 die zwischen dem Träger 30 und der Wellenlängenkonversionsplatte 20 angeordnet ist. Die reflexionssteigernde Beschichtung 60 ist beispielsweise mit einem Metall oder einem Titandioxid gebildet und dient zur Reflexion der in der Wellenlängenkonversionsplatte 20 erzeugten Mischstrahlung. Vorteilhaft erhöht die reflexionssteigernde Beschichtung 60 die Effizienz des optoelektronischen Bauelements 1.
Figur 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich ist auf der Seitenfläche 20B der Wellenlängenkonversionsplatte 20 eine optische Beschichtung 70 angeordnet. Die optische Beschichtung 70 umfasst eine Antireflexschicht und/oder eine dichroitische Schicht und erhöht vorteilhaft die Einkoppeleffizienz von elektromagnetischer Strahlung in die Wellenlängenkonversionsplatte 20. Die Seitenfläche 20B muss dazu nicht in einem speziellen Winkel zum Abstrahlkegel der elektromagnetischen Strahlung ausgerichtet sein. Insbesondere ist eine dichroitische Schicht für die elektromagnetische Strahlung des Halbleiteremitters 10 durchlässig, während sie für die in der Wellenlängenkonversionsplatte 20 konvertierte elektromagnetische Strahlung reflektiv ausgeführt ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019121896.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
10 Halbleiteremitter
100 aktiver Bereich
20 Wellenlängenkonversionsplatte
20A Auskoppelfläche
20B Seitenfläche
201 Teilbereich
30 Träger
301 Hilfsträger
40 Lichtleiter
50 Schutzschicht
60 reflexionssteigernde Beschichtung 70 optische Beschichtung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1) umfassend,
- zumindest einen Halbleiteremitter (10), der einen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich (100) aufweist,
- zumindest eine Wellenlängenkonversionsplatte (20), die eine Auskoppelfläche (20A) und eine seitlich zu dieser angeordnete quer zu dieser ausgerichtete Seitenfläche (20B) aufweist, und
- einen Träger (30), auf dem der Halbleiteremitter (10) und die Wellenlängenkonversionsplatte (20) angeordnet sind, wobei
- die Auskoppelfläche (20A) von dem Träger (30) abgewandt ist,
- der Halbleiteremitter (10) dazu eingerichtet ist, die Wellenlängenkonversionsplatte (20) an der Seitenfläche (20B) mit elektromagnetischer Strahlung zu bestrahlen, und
- die Wellenlängenkonversionsplatte (20) dazu eingerichtet ist, eine Mischstrahlung, umfassend zumindest einen Teil der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und eine konvertierte Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs, aus der Auskoppelfläche (20A) zu emittieren.
2. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 1, bei dem der Halbleiteremitter (10) eine Laserdiode ist.
3. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiteremitter (10) einen Abstrahlkegel aufweist, dessen Querschnitt senkrecht zu einer Achse des Abstrahlkegels eine elliptische Form aufweist, wobei der Halbleiteremitter (10) derart auf dem Träger (30) angeordnet ist, dass die längere Ellipsenachse parallel zur Haupterstreckungsrichtung der Seitenfläche (20B) ausgerichtet ist.
4. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 3, bei dem die Seitenfläche (20B) im Brewster Winkel zur Achse des Abstrahlkegels ausgerichtet ist.
5. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem auf der Seitenfläche (20B) eine optische Beschichtung (70) aufgebracht ist.
6. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Halbleiteremitter (10) und der Wellenlängenkonversionsplatte (20) ein Lichtleiter (40) angeordnet ist, der Strahlung des Halbleiteremitters (10) auf die Wellenlängenkonversionsplatte (20) führt.
7. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest zwei Halbleiteremitter (10) zur Bestrahlung der Seitenfläche (20B) vorgesehen sind.
8. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 7, bei dem sich die Abstrahlkegel von zumindest zwei Halbleiteremittern (10) zumindest teilweise überlappen.
9. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlängenkonversionsplatte (20) zumindest einen absorbierenden oder reflektierenden Teilbereich (201) zur gezielten Beeinflussung des Abstrahlverhaltens der Wellenlängenkonversionsplatte (20) aufweist.
10. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die
Wellenlängenkonversionsplatte (20) Konversionspartikel und Streupartikel aufweist.
11. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 10, bei dem eine gewünschte Intensitätsverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche (20A) der
Wellenlängenkonversionsplatte (20) mittels einer Variation einer Streuwirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte (2) eingestellt ist.
12. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem eine gewünschte Intensitäts- und/oder Farbverteilung der Mischstrahlung über die Auskoppelfläche (20A) der Wellenlängenkonversionsplatte (20) mittels einer Variation einer Konversionswirkung in der Wellenlängenkonversionsplatte (20) eingestellt ist.
13. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wellenlängenkonversionsplatte (20) eine Dicke von einschließlich 3 gm bis einschließlich 500 gm, bevorzugt von einschließlich 70 pm bis einschließlich 150 pm aufweist.
14. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste
Wellenlängenbereich des Halbleiteremitters (10) einen Bereich von einschließlich 380 nm bis einschließlich 500 nm, bevorzugt einen Bereich von einschließlich 440 nm bis einschließlich 460 nm umfasst.
15. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Träger (30) mit einem der folgenden Materialien gebildet ist: Aluminiumnitrid, einem Metall und/oder einem Siliziumcarbid .
16. Optoelektronisches Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Träger (30) und der Wellenlängenkonversionsplatte (20) eine für eine von der Wellenlängenkonversionsplatte (20) zu emittierende Strahlung reflexionssteigernde Beschichtung (60) angeordnet ist.
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