WO2009039824A2 - Optoelectronic component and decoupling lens for an optoelectronic component - Google Patents

Optoelectronic component and decoupling lens for an optoelectronic component Download PDF

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WO2009039824A2 PCT/DE2008/001511 DE2008001511W WO2009039824A2 WO 2009039824 A2 WO2009039824 A2 WO 2009039824A2 DE 2008001511 W DE2008001511 W DE 2008001511W WO 2009039824 A2 WO2009039824 A2 WO 2009039824A2
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Abstract

The invention relates to an optoelectronic component having the following features: - at least one semiconductor body (1) provided for emitting electromagnetic radiation of a first wavelength range, - a heat sink (2) on which the semiconductor body (1) and a mirror (3) are disposed, and - a wavelength-converting layer (4) disposed to the side of the semiconductor body (1) on the mirror (3), said layer comprising a wavelength-conversion material (8) that is suitable to convert at least a portion of the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor body (1) into radiation of a second wavelength range different from the first wavelength range. The invention further relates to a decoupling lens (14) for an optoelectronic component.

Description

Beschreibungdescription
Optoelektronisches Bauelement und Auskoppellinse für ein optoelektronisches BauelementOptoelectronic component and coupling-out lens for an optoelectronic component
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und eine Auskoppellinse für ein optoelektronisches Bauelement.The invention relates to an optoelectronic component and a coupling-out lens for an optoelectronic component.
Optoelektronische Bauelemente mit einem Halbleiterkörper, der Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet, umfassen zur Erzeugung von mischfarbigem - etwa weißem - Licht in der Regel einen Wellenlängenkonversionsstoff. Der Wellenlängenkonversionsstoff wandelt einen Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen, zweiten Wellenlängenbereichs um. Solche Bauelemente sind beispielsweise in den Druckschriften WO 02/056390 Al, WO 2006/034703 Al und Journal of Display Technology, Vol. 3, NO. 2, June 2007, Seiten 155 bis 159 beschrieben.Optoelectronic components with a semiconductor body which emits radiation of a first wavelength range generally comprise a wavelength conversion substance for producing mixed-colored, for example white, light. The wavelength conversion substance converts part of the radiation of a first wavelength range emitted by the semiconductor body into radiation of a second wavelength range different from the first wavelength range. Such components are described, for example, in the publications WO 02/056390 A1, WO 2006/034703 A1 and Journal of Display Technology, Vol. 3, NO. 2, June 2007, pages 155-159.
Der Wellenlängenkonversionsstoff kann beispielsweise in einen Verguss des Halbleiterkörpers eingebracht oder in Form einer Schicht direkt auf den Halbleiterkörper aufgebracht sein.The wavelength conversion substance can be introduced into a potting of the semiconductor body, for example, or be applied directly to the semiconductor body in the form of a layer.
Aufgrund der eher geringen Wärmeleitfähigkeit üblicher Vergussmaterialien ist die Wärmeableitung von dem Wellenlängenkonversionsstoff in dem ersten Fall gering und der Wellenlängenkonversionsstoff daher im Betrieb des optoelektronischen Bauelementes einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt. Im Fall einer auf den Halbleiterkörper aufgebrachten Schicht ist der Wellenlängenkonversionsstoff einer hohen Strahlungsbelastung ausgesetzt, was ebenfalls zu einer hohen Wärmebelastung des Wellenlängenkonversionsstoffes führt .Due to the rather low heat conductivity of conventional potting materials, the heat dissipation from the wavelength conversion substance in the first case is low and the wavelength conversion substance is therefore exposed to a high heat load during operation of the optoelectronic component. In the case of a layer applied to the semiconductor body, the wavelength conversion substance is exposed to a high radiation load, which is also too a high heat load of wavelength conversion material leads.
Weiterhin können optoelektronische Bauelemente, bei denen der Wellenlängenkonversionsstoff in einer Schicht auf denFurthermore, optoelectronic components in which the wavelength conversion substance in a layer on the
Halbleiterkörper aufgebracht ist, eine relativ inhomogene Abstrahlcharakteristik bezüglich der Intensität und des Farbortes aufweisen.Semiconductor body is applied, have a relatively inhomogeneous radiation with respect to the intensity and the color locus.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronischesThe object of the invention is an optoelectronic
Bauelement mit einem Wellenlängenkonversionsstoff anzugeben, das eine gute Wärmeabfuhr von demSpecify a device with a wavelength conversion material, which has a good heat dissipation of the
Wellenlängenkonversionsstoff aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auskoppellinse für ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, die zu einer hinsichtlich des Farbortes und/oder der Intensität homogenisierten Abstrahlcharakteristik des Bauelementes führt .Has wavelength conversion substance. A further object of the invention is to provide a coupling-out lens for an optoelectronic component which leads to a radiation characteristic of the component which is homogenized with respect to the color locus and / or the intensity.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch eine Auskoppellinse mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst .These objects are achieved by an optoelectronic component with the features of claim 1 and by a coupling-out lens with the features of claim 13.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelementes und der Auskoppellinse sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and developments of the optoelectronic component and the coupling-out lens are specified in the respective dependent claims.
Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit explizit in die Beschreibung aufgenommen.The disclosure of the claims is hereby explicitly incorporated in the description.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst insbesondere: - zumindest einen Halbleiterkörper, der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren,An optoelectronic component comprises in particular: at least one semiconductor body, which is intended to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range,
- eine Wärmesenke, auf der der Halbleiterkörper und ein Spiegel angeordnet sind, unda heat sink on which the semiconductor body and a mirror are arranged, and
- eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die seitlich des Halbleiterkörpers auf dem Spiegel angeordnet ist und einen Wellenlängenkonversionsstoff umfasst, der dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten Wellenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln .a wavelength-converting layer, which is arranged laterally of the semiconductor body on the mirror and comprises a wavelength conversion substance which is suitable for converting at least part of the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor body into radiation of a second wavelength range different from the first wave range.
Das optoelektronische Bauelement weist nicht zwingend einen einzigen Halbleiterkörper auf. Vielmehr kann das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper aufweisen, die ebenfalls auf der Wärmesenke angeordnet sind. Merkmale, die nur anhand eines Halbleiterkörpers beschrieben sind, können in dem Fall, dass das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper umfasst, auch von einigen oder allen Halbleiterkörpern aufgewiesen werden.The optoelectronic component does not necessarily have a single semiconductor body. Rather, the optoelectronic component can have a plurality of semiconductor bodies, which are likewise arranged on the heat sink. Features which are described only with reference to a semiconductor body can also be exhibited by some or all semiconductor bodies in the case where the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor bodies.
Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so kann die wellenlängenkonvertierende Schicht auch zwischen den Halbleiterkörpern angeordnet sein.If the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor bodies, the wavelength-converting layer can also be arranged between the semiconductor bodies.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halbleiterkörper in einem symmetrischen, bevorzugt punktsymmetrischen Muster angeordnet. Die Halbleiterkörper können beispielsweise entlang einer Linie oder gemäß einem regelmäßigen Gitter angeordnet sein. Das regelmäßige Gitter kann beispielsweise nach Art eines quadratischen oder hexagonalen Gitters ausgebildet sein. Urafasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so müssen diese nicht zwingend Strahlung desselben Wellenlängenbereichs aussenden. Vielmehr können die Halbleiterkörper Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche aussenden.According to a preferred embodiment, the semiconductor bodies are arranged in a symmetrical, preferably point-symmetrical pattern. The semiconductor bodies may, for example, be arranged along a line or according to a regular grid. The regular grid may be formed, for example, in the manner of a square or hexagonal grid. If the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor bodies, then they do not necessarily have to emit radiation of the same wavelength range. Rather, the semiconductor bodies can emit radiation of different wavelength ranges.
Senden die Halbleiterkörper Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche aus, so wird bevorzugt nur Strahlung eines Wellenlängenbereiches mittels einesIf the semiconductor bodies emit radiation of different wavelength ranges, preferably only radiation of one wavelength range is used by means of a
Wellenlängenkonversionsstoffes in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereiches umgewandelt, während die Strahlung der restlichen Wellenlängenbereiche unkonvertiert bleibt. Es ist aber auch denkbar, zumindest einen Teil der Strahlung der restlichen Wellenlängenbereiche mittels weitererWavelength conversion substance is converted into radiation of another wavelength range, while the radiation of the remaining wavelength ranges remains unconverted. But it is also conceivable, at least part of the radiation of the remaining wavelength ranges by means of another
Wellenlängenkonversionsstoffe in Strahlung anderer Wellenlängenbereiche umzuwandeln.Converting wavelength conversion materials into radiation of other wavelength ranges.
Eine Strahlungsdurchtrittseite des Halbleiterkörpers ist bevorzugt frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht.A radiation passage side of the semiconductor body is preferably free of the wavelength-converting layer.
Auf diese Weise wird die Strahlenbelastung des Wellenlängenkonversionsstoffes gering gehalten.In this way, the radiation exposure of the wavelength conversion substance is kept low.
Die Wärmesenke kann beispielsweise eine Leiterplatte, etwa eine Metallkernplatine sein. Weiterhin kann die Wärmesenke zumindest eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus zumindest einem der folgenden Materialien bestehen: Kupfer, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Silizium, Silber, Aluminium. Insbesondere leitet die Wärmesenke besser Wärme als ein Vergussmaterial.The heat sink may be, for example, a printed circuit board, such as a metal core board. Furthermore, the heat sink may comprise at least one of the following materials or consist of at least one of the following materials: copper, aluminum nitride, aluminum oxide, silicon, silver, aluminum. In particular, the heat sink conducts heat better than a potting material.
Der Spiegel hat insbesondere die Aufgabe, von der wellenlängenkonvertierenden Schicht umgewandelte Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und/oder unkonvertierte von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, die zur Rückseite des Bauelementes ausgesandt wird, zu einer Strahlungsemittierenden Vorderseite des optoelektronischen Bauelementes umzulenken.In particular, the mirror has the task of radiation converted by the wavelength-converting layer of the second wavelength range and / or unconverted radiation emitted by the semiconductor body radiation of the first wavelength range, which is emitted to the back of the device, to deflect a radiation-emitting front side of the optoelectronic component.
Der Spiegel kann hierbei auch unterhalb des Halbleiterkörpers zwischen dem Halbleiterkörper und der Wärmesenke ausgebildet sein. Der Begriff „auf der Wärmesenke" bedeutet somit nicht zwingend, dass sich der Halbleiterkörper in direktem Kontakt mit der Wärmesenke befindet.In this case, the mirror can also be formed below the semiconductor body between the semiconductor body and the heat sink. The term "on the heat sink" does not necessarily mean that the semiconductor body is in direct contact with the heat sink.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel in direktem Kontakt mit der Wärmesenke angeordnet, das heißt, der Spiegel bildet eine gemeinsame Grenzfläche mit der Wärmesenke aus.In one embodiment, the mirror is disposed in direct contact with the heat sink, that is, the mirror forms a common interface with the heat sink.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die wellenlängenkonvertierende Schicht in direktem Kontakt mit dem Spiegel angeordnet, das heißt, die wellenlängenkonvertierende Schicht bildet eine gemeinsameAccording to a further embodiment, the wavelength-converting layer is arranged in direct contact with the mirror, that is, the wavelength-converting layer forms a common
Grenzfläche mit dem Spiegel aus. Auf diese Art und Weise ist eine besonders gute Wärmeabfuhr aus der wellenlängenkonvertierenden Schicht in die Wärmesenke gewährleistet .Interface with the mirror. In this way, a particularly good heat dissipation from the wavelength-converting layer is ensured in the heat sink.
Besonders bevorzugt ist die wellenlängenkonvertierende Schicht auf einem Innenbereich des Spiegels aufgebracht, so dass ein Außenbereich des Spiegels frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht ist. Bevorzugt ist der Außenbereich zumindest teilweise umlaufend um denParticularly preferably, the wavelength-converting layer is applied to an inner region of the mirror, so that an outer region of the mirror is free of the wavelength-converting layer. Preferably, the outer area is at least partially encircling around the
Innenbereich ausgebildet, beispielsweise ringförmig. Ringförmig bedeutet vorliegend jedoch nicht zwingend, dass der Außenbereich kreisringförmig ausgebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Innenbereich kreisförmig ausgebildet, während der Außenbereich als Kreisring umlaufend um den Innenbereich ausgeführt ist.Interior formed, for example, annular. However, in the present case ring-shaped means not necessarily that the outer area is annular. According to one embodiment, the inner area is circular, while the outer area is designed as a circular ring encircling the inner area.
Besonders bevorzugt ist der Halbleiterkörper zentriert auf dem Innenbereich angeordnet, das heißt, dass ein Flächenschwerpunkt der Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers und ein Flächenschwerpunkt des Innenbereiches auf einer optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes angeordnet sind, wobei die optische Achse senkrecht zum Spiegel steht. Bildet der Innenbereich beispielsweise einen Kreis aus und die Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers ein Rechteck, so liegen der Mittelpunkt des Kreises, der den Flächenschwerpunkt des Innenbereiches ausbildet, und der Mittelpunkt des Rechteckes, der den Flächenschwerpunkt der Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers ausbildet, bei dieser Ausführungsform übereinander auf der optischen Achse. Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrereParticularly preferably, the semiconductor body is arranged centered on the inner region, that is, a centroid of the radiation passage side of the semiconductor body and a centroid of the inner region are arranged on an optical axis of the optoelectronic component, wherein the optical axis is perpendicular to the mirror. If, for example, the inner region forms a circle and the radiation passage side of the semiconductor body forms a rectangle, then the center of the circle forming the centroid of the inner region and the center of the rectangle forming the centroid of the radiation passage side of the semiconductor body are superimposed on one another in this embodiment optical axis. Does the optoelectronic component several
Halbleiterkörper, so sind diese bei dieser Ausführungsform bevorzugt in einem punktssymmetrischen Muster angeordnet, wobei der Symmetriepunkt des punktsymmetrischen Musters auf dem Flächenschwerpunkt des Innenbereiches angeordnet ist.Semiconductor body, they are preferably arranged in this embodiment in a point-symmetrical pattern, wherein the symmetry point of the point-symmetrical pattern is disposed on the centroid of the inner region.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Spiegel einen Reflexionsgrad von mindestens 0,98 für elektromagnetische Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereiches auf. So ist es möglich, eine besonders gute Umlenkung der elektromagnetischen Strahlung zurAccording to a preferred embodiment, the mirror has a reflectance of at least 0.98 for electromagnetic radiation of the first and / or the second wavelength range. So it is possible, a particularly good deflection of the electromagnetic radiation to
Vorderseite des optoelektronischen Bauelementes und damit eine besonders hohe Effizienz des Bauelementes zu erzielen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen Rauhigkeitsspitzen des Spiegels eine Höhe von höchstens 40 nm auf .Front side of the optoelectronic component and thus to achieve a particularly high efficiency of the device. According to another preferred embodiment, roughness peaks of the mirror have a height of at most 40 nm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist derAccording to a further preferred embodiment of the
Spiegel zumindest innerhalb des Außenbereiches, der frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht ist, spekular reflektierend für Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereiches ausgebildet. Mittels einem spekular reflektierenden Spiegel auf einem Außenbereich, der bevorzugt umlaufend um einen Innenbereich mit einer wellenlängenkonvertierenden Schicht angeordnet ist, lässt sich die Effizienz des Bauelementes vorteilhafterweise erhöhen, da Strahlung besonders effektiv zu der Strahlungsemittierenden Vorderseite des Bauelementes gelenkt wird.Mirror formed at least within the outer region, which is free of the wavelength-converting layer, specular reflective for radiation of the first and / or the second wavelength range. By means of a specularly reflecting mirror on an outer area, which is preferably arranged circumferentially around an inner area with a wavelength-converting layer, the efficiency of the component can advantageously be increased since radiation is directed particularly effectively to the radiation-emitting front side of the component.
Der Spiegel umfasst bevorzugt eine metallische Schicht und einen Braggspiegel . Gemäß einer Ausführungsform ist der Spiegel durch eine metallische Schicht und einen Braggspiegel gebildet. Ein Spiegel mit einer metallischen Schicht und einem Braggspiegel weist in der Regel einen hohen Reflektionsgrad von mindestens 0,98 auf.The mirror preferably comprises a metallic layer and a Bragg mirror. According to one embodiment, the mirror is formed by a metallic layer and a Bragg mirror. A mirror with a metallic layer and a Bragg mirror usually has a high reflectivity of at least 0.98.
Die metallische Schicht und der Braggspiegel sind bevorzugt derart angeordnet, dass die Oberfläche des Spiegels durch den Braggspiegel gebildet wird. Ein Spiegel, dessen Oberfläche durch einen Braggspiegel gebildet wird, weist in der Regel eine geringe Rauhigkeit mit Rauhigkeitspitzen nicht höher als 40 nm auf. Weiterhin ist ein solcher Spiegel in der Regel spekular reflektierend für sichtbare Strahlung ausgebildet. Die metallische Schicht weist beispielsweise Aluminium auf oder besteht aus Aluminium. Bevorzugt ist die metallische Schicht nicht dünner als 100 nm. Weiterhin ist es möglich, dass die metallische Schicht die Wärmesenke ausbildet. In diesem Fall weist die metallische Schicht bevorzugt eine Dicke auf, die im Bereich einiger Millimeter liegt.The metallic layer and the Bragg mirror are preferably arranged such that the surface of the mirror is formed by the Bragg mirror. A mirror whose surface is formed by a Bragg mirror usually has a low roughness with roughness peaks not higher than 40 nm. Furthermore, such a mirror is usually formed specular reflective for visible radiation. The metallic layer comprises, for example, aluminum or consists of aluminum. Preferably, the metallic layer is not thinner than 100 nm. Furthermore, it is possible that the metallic layer forms the heat sink. In this case, the metallic layer preferably has a thickness which is in the range of a few millimeters.
Der Braggspiegel ist bevorzugt alternierend aus jeweils zwei Siliziumoxidschichten und aus zwei Titanoxidschichten aufgebaut, das heißt, der Braggspiegel weist zweiThe Bragg mirror is preferably constructed alternately from two silicon oxide layers each and from two titanium oxide layers, that is, the Bragg mirror has two
Siliziumoxidschichten auf und zwei Titanoxidschichten, die abwechseln angeordnet sind. Die Siliziumoxidschichten umfassen Siliziumoxid oder bestehen aus Siliziumoxid. Die Titanoxidschichten umfassen Titanoxid oder bestehen aus Titanoxid.Silicon oxide layers on and two titanium oxide layers arranged alternately. The silicon oxide layers comprise silicon oxide or consist of silicon oxide. The titanium oxide layers include titanium oxide or titanium oxide.
Der Wellenlängenkonversionsstoff weist gemäß einer weiteren Ausführungsform zumindest einen Stoff aus der Gruppe auf, die gebildet wird durch: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierteAccording to a further embodiment, the wavelength conversion substance comprises at least one substance from the group which is formed by: garnets doped with rare-earth metals and doped with metals of the rare earths
Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride .Alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogalates, rare earth doped aluminates, rare earth doped orthosilicates, rare earth doped chlorosilicates, rare earth doped alkaline earth nitrides, rare earth doped oxynitrides, and aluminoxinitrides doped with rare earth metals.
Gemäß einer Ausführungsform ist derAccording to one embodiment, the
Wellenlängenkonversionsstoff in ein Bindemittel eingebettet. Das Bindemittel kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden _ QWavelength conversion substance embedded in a binder. The binder may, for example, comprise one of the following materials or one of the following _Q
Materialien bestehen: Silikon, Glas oder ein Keramikmaterial, wie beispielsweise Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid.Materials include: silicone, glass or a ceramic material such as aluminum nitride and aluminum oxide.
Alternativ kann der Wellenlängenkonversionsstoff auch - beispielsweise mittels Elektrophorese - als eine wellenlängenkonvertierende Schicht auf den Spiegel aufgebracht sein.Alternatively, the wavelength conversion substance may also be applied to the mirror as a wavelength-converting layer, for example by means of electrophoresis.
Gemäß einer Ausführungsform ist über dem Halbleiterkörper und der wellenlängenkonvertierenden Schicht ein Streukörper, bevorzugt ein Streuverguss, angeordnet. Der Streukörper ist dazu vorgesehen, unkonvertierte Strahlung zur Erhöhung des Konversionsgrades zur wellenlängenkonvertierenden Schicht zurückzustreuen sowie konvertierte und unkonvertierte Strahlung zu mischen.According to one embodiment, a scattering body, preferably a scattering compound, is arranged above the semiconductor body and the wavelength-converting layer. The scatterer is designed to backscatter unconverted radiation to increase the degree of conversion to the wavelength-converting layer and to mix converted and unconverted radiation.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Streukörper streuende Partikel. Die streuenden Partikel weisen beispielsweise zumindest eines der folgenden Materialien auf oder bestehen aus zumindest einem der folgenden Materialien: Aluminiumoxid, Titanoxid.According to one embodiment, the scattering body comprises scattering particles. The scattering particles comprise, for example, at least one of the following materials or consist of at least one of the following materials: alumina, titania.
Gemäß einer Ausführungsform sind die streuenden Partikel in ein Matrixmaterial eingebettet, das zumindest eines der folgenden Materialien aufweist oder aus zumindest einem der folgenden Materialien besteht: Silikon, Epoxid.According to one embodiment, the scattering particles are embedded in a matrix material which comprises at least one of the following materials or consists of at least one of the following materials: silicone, epoxy.
Besonders bevorzugt ist der Streukörper nach Art einer Halbkugel oder nach Art einer Halbkugelschale geformt. Besonders bevorzugt ist der Streukörper bei dieserParticularly preferably, the scattering body is shaped in the manner of a hemisphere or in the manner of a hemisphere shell. Particularly preferred is the scattering body in this
Ausführungsform derart angeordnet, dass die Halbkugel bzw. Halbkugelschale über dem Halbleiterkörper zentriert ist, das heißt, dass sich der Flächenschwerpunkt der Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers und der Mittelpunkt der Halbkugel bzw. der Halbkugelschale auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen. Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so sind diese bei dieser Ausführungsform bevorzugt gemäß einem punktsymmetrischen Muster angeordnet, wobei sich der Symmetriepunkt im Mittelpunkt der Halbkugel befindet. Weiterhin schließt die Halbkugel bzw. die Halbkugelschale bei dieser Ausführungsform bevorzugt mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht seitlich ab. Die wellenlängenkonvertierende Schicht befindet sich somit bevorzugt in ihrer Gesamtheit unterhalb des Streukörpers .Embodiment arranged such that the hemisphere or hemisphere shell is centered over the semiconductor body, that is, that the centroid of the Radiation passage side of the semiconductor body and the center of the hemisphere or the hemisphere shell lie on the optical axis of the optoelectronic component. If the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor bodies, they are preferably arranged according to a point-symmetrical pattern in this embodiment, the point of symmetry being at the center of the hemisphere. Furthermore, in this embodiment, the hemisphere or hemisphere shell preferably ends laterally with the wavelength-converting layer. The wavelength-converting layer is thus preferably in its entirety below the scattering body.
Ist der Streukörper nach Art einer Halbkugelschale geformt, so ist der Raum zwischen dem Halbleiterkörper und dem Streukörper gemäß einer Ausführungsform mit einem transparenten Füllkörper, beispielsweise einem transparenten Verguss, gefüllt. Der transparenten Füllkörper ist besonders bevorzugt frei von streuenden Partikeln. Besonders bevorzugt ist der Raum zwischen dem Halbleiterkörper und demIf the scattering body is shaped in the manner of a hemispherical shell, the space between the semiconductor body and the scattering body is, according to one embodiment, filled with a transparent filling body, for example a transparent casting. The transparent filler is particularly preferably free of scattering particles. Particularly preferred is the space between the semiconductor body and the
Streukörper vollständig mit einem transparenten Füllkörper gefüllt, das heißt, dass kein luftgefüllter Spalt zwischen dem Halbleiterkörper und dem Streukörper vorhanden ist.Scatter body completely filled with a transparent filler, that is, that no air-filled gap between the semiconductor body and the scattering body is present.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Auskoppellinse auf, die dazu vorgesehen ist, die von dem optoelektronischen Bauelemente ausgesandte Strahlung aus dem Bauelement auszukoppeln. Die Strahlungsemittierende Vorderseite des optoelektronischen Bauelementes wird bei dieserAccording to a further embodiment, the optoelectronic component has a coupling-out lens which is provided for coupling out the radiation emitted by the optoelectronic component from the component. The radiation-emitting front side of the optoelectronic component is in this
Ausführungsform in der Regel durch eine Außenseite der Auskoppellinse gebildet. Die Außenseite der Auskoppellinse kann weiterhin beispielsweise eine antireflektierende Schicht aufweisen.Embodiment usually formed by an outer side of the coupling lens. The outside of the coupling-out lens may further comprise, for example, an antireflecting layer.
Die Auskoppellinse kann ein separat gefertigtes Element sein, das beispielsweise gefräst, gedreht oder spritzgegossen ist und in einem Montageschritt an dem optoelektronischen Bauelement befestigt wird.The coupling-out lens may be a separately manufactured element which is, for example, milled, turned or injection-molded and is fastened to the optoelectronic component in an assembly step.
Weiterhin ist es aber auch möglich, dass die Auskoppellinse auf dem optoelektronischen Bauelement gefertigt wird, beispielsweise indem die Auskoppellinse als Verguss des Streukörpers oder des Halbleiterkörpers auf dem optoelektronischen Bauelement hergestellt ist .Furthermore, however, it is also possible for the coupling-out lens to be manufactured on the optoelectronic component, for example, by producing the coupling-out lens as encapsulation of the scattering element or of the semiconductor body on the optoelectronic component.
Besonders bevorzugt ist die Auskoppellinse frei von streuenden Partikeln.Particularly preferably, the coupling-out lens is free of scattering particles.
Bevorzugt ist die Auskoppellinse über dem Streukörper angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Auskoppellinse in direktem Kontakt mit dem Streukörper angeordnet, das heißt, die Auskoppellinse bildet eine gemeinsame Grenzfläche mit dem Streukörper aus .The coupling-out lens is preferably arranged above the scattering body. Particularly preferably, the coupling-out lens is arranged in direct contact with the scattering body, that is, the coupling-out lens forms a common interface with the scattering body.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auskoppellinse nach Art -einer Halbkugelschale gebildet, die zentriert über dem Halbleiterkörper angeordnet ist, das heißt, dass der Flächenschwerpunkt der Strahlungsdurchtrittseite des Halbleiterkörpers und der Mittelpunkt der Halbkugelschale auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes angeordnet ist. Umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Halbleiterkörper, so sind diese bei dieser Ausführungsform bevorzugt gemäß einem punktsymmetrischen Muster angeordnet, wobei sich der Symmetriepunkt des Musters und der Mittelpunkt der Halbkugel auf der optischen Achse befinden.According to a further embodiment, the coupling-out lens is formed in the manner of a hemispherical shell, which is arranged centered over the semiconductor body, that is to say that the area centroid of the radiation passage side of the semiconductor body and the center of the hemisphere shell are arranged on the optical axis of the optoelectronic component. If the optoelectronic component comprises a plurality of semiconductor bodies, they are preferably arranged according to a point-symmetrical pattern in this embodiment, the point of symmetry of the pattern being and the center of the hemisphere are on the optical axis.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfüllt die Auskoppellinse die Weierstrass-Bedingungen. Hierzu weist die Auskoppellinse eine Innenseite auf, die von einer inneren Halbkugelfläche mit Radius Rinnen umschlossen ist. Weiterhin weist die Auskoppellinse eine Außenseite auf, die eine äußere Halbkugelflache mit Radius RaUssen umschließt. Die Auskoppellinse erfüllt die Weierstrass-Bedingung, wenn die Radien Rinnen und RaUßen folgende Ungleichung erfüllen:According to a further embodiment, the coupling-out lens fulfills the Weierstrass conditions. For this purpose, the coupling lens on an inner side, which is enclosed by an inner hemisphere surface with radius Rinn e n. Furthermore, the coupling-out lens has an outer side which encloses an outer hemispherical surface with radius R out . The output lens satisfies the Weierstrass condition when the radii Rinn s and R n ausse satisfy the following inequality:
K-auSen — Rinnen riLinse / nluf t /K-auSen - gutters lens / n luf t /
wobei nLinse der Brechungsindex der Auskoppellinse und niuft der Brechungsindex der Umgebung der Auskoppellinse, typischerweise der Luft ist.where n is refractive index of the lens of the output lens and the refractive index ni runs the vicinity of the coupling-out lens, typically air.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die innere und die äußere Halbkugelflächen virtuelle Flächen sind, die nicht notwendigerweise in dem Bauelement als gegenständliche Merkmale ausgebildet sein müssen.It should be noted at this point that the inner and outer hemispherical surfaces are virtual surfaces which need not necessarily be formed in the device as objective features.
Insbesondere erfüllt die Auskoppellinse die Weierstrass- Bedingung, wenn die Weierstrass-Halbkugelschale, die durch die innere Halbkugelfläche mit dem Radius Rinnen und die äußere Halbkugelschale mit dem Radius Raussen gebildet ist, in ihrer Gesamtheit innerhalb der Auskoppellinse liegt.Specifically, the coupling-out lens satisfies the Weierstrass condition when the Weierstrass hemisphere shell formed by the inner hemisphere surface of the radius Ri and the outer hemisphere shell of the radius R is externally located in its entirety within the coupling-out lens.
Bevorzugt berührt die innere Halbkugelflache die Innenseite in zumindest einem Punkt. Weiterhin kann die Innenseite der Auskoppellinse auch die innere Halbkugelfläche ausbilden. Bevorzugt berührt die äußere Halbkugelfläche die Außenseite der Auskoppellinse in zumindest einem Punkt. Weiterhin kann die Außenseite der Auskoppellinse die äußere Halbkugel ausbilden. Sind die innere Halbkugelfläche durch die Innenseite der Auskoppellinse und die äußere Halbkugelfläche durch die Außenseite der Auskoppellinse gebildet, so liegt die Auskoppellinse als Halbkugelschale vor. Der Halbleiterkörper ist bevorzugt derart angeordnet, dass der Flächenschwerpunkt seiner Strahlungsdurchtrittsseite und der Mittelpunkt der beiden Halbkugelflächen auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen, wobei die optische Achse senkrecht auf dem Spiegel steht.Preferably, the inner hemisphere surface contacts the inside in at least one point. Furthermore, the inside of the coupling-out lens can also form the inner hemisphere surface. Preferably, the outer hemisphere surface contacts the outside the coupling lens in at least one point. Furthermore, the outer side of the coupling-out lens can form the outer hemisphere. If the inner hemisphere surface is formed by the inside of the coupling-out lens and the outer hemisphere surface by the outside of the coupling-out lens, then the coupling-out lens is present as a hemispherical shell. The semiconductor body is preferably arranged such that the centroid of its radiation passage side and the center of the two hemispherical surfaces lie on the optical axis of the optoelectronic component, wherein the optical axis is perpendicular to the mirror.
Umfasst ein optoelektronisches Bauelement einen Streuverguss und eine Auskoppellinse, die die Weierstrass-Bedingung erfüllt, so ist mit anderen Worten die Außenseite derIf an optoelectronic component comprises a diffuser and a coupling-out lens that fulfills the Weierstrass condition, in other words the outside of the
Auskoppellinse derart geformt und derart beabstandet von dem Strahlungsemittierenden Halbleiterkörper angeordnet, dass von dem durch den Streuverguss gebildeten Leuchtzentrum aus gesehen, kein Strahl unter Totalreflexion auf die Außenfläche fällt.Coupling lens formed in such a manner and spaced from the radiation-emitting semiconductor body arranged that, as seen from the luminous center formed by the litter, no beam falls under total reflection on the outer surface.
Der Halbleiterkörper umfasst in der Regel eine aktive Zone, die zur Strahlungserzeugung beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach-The semiconductor body usually comprises an active zone which, for example, has a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure or a multiple
Quantentopfstruktur umfasst. Beispiele für solche MehrfachquantentopfStrukturen sind beispielsweise in den Druckschriften WO 01/39282, WO 98/31055, US 5,831,277, EP 1 017 113 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Umfasst die von dem Halbleiterkörper ausgesandte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs nur sichtbare Strahlung, so ist in der Regel angestrebt, dass derQuantum well structure includes. Examples of such multiple quantum well structures are described, for example, in the publications WO 01/39282, WO 98/31055, US Pat. No. 5,831,277, EP 1 017 113 and US Pat. No. 5,684,309, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference. If the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor body comprises only visible radiation, it is generally desirable that the
Wellenlängenkonversionsstoff nur einen Teil dieser Strahlung umwandelt, während ein weiterer Teil der vom Halbleiterkörper emittierten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs die wellenlängenkonvertierende Schicht unkonvertiert durchläuft. Das optoelektronische Bauelement sendet in diesem Fall Mischlicht aus, das Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umfasst. Um eine möglichst homogene Abstrahlcharakteristik zu erzielen, kann beispielsweise der Streukörper über dem Halbleiterkörper und der wellenlängenkonvertierenden Schicht angeordnet sein, der unkonvertierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und konvertierte Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs miteinander mischt.Wavelength conversion material converts only a portion of this radiation, while another part of the radiation emitted by the semiconductor body radiation of the first wavelength range, the wavelength-converting layer passes through unconverted. In this case, the optoelectronic component emits mixed light which comprises radiation of the first wavelength range and radiation of the second wavelength range. In order to achieve an emission characteristic which is as homogeneous as possible, for example, the scattering body can be arranged above the semiconductor body and the wavelength-converting layer, which mixes unconverted radiation of the first wavelength range and converted radiation of the second wavelength range with one another.
Sendet der Halbleiterkörper beispielsweise sichtbares Licht aus dem blauen Spektralbereich aus, so kann ein Teil dieser sichtbaren blauen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs mittels des Wellenlängenkonversionsstoffes in gelbe Strahlung umgewandelt werden, so dass das optoelektronische Bauelement Mischlicht mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE- Normfarbtafel aussendet.If the semiconductor body emits, for example, visible light from the blue spectral range, then part of this visible blue radiation of the first wavelength range can be converted into yellow radiation by means of the wavelength conversion substance, so that the optoelectronic component emits mixed light with a color locus in the white area of the CIE standard color chart.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs ultraviolette Strahlung, die zumindest teilweise von der wellenlängenkonvertierenden Schicht in sichtbare Strahlung umgewandelt wird. Sendet derAccording to a further embodiment, the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor body comprises ultraviolet radiation which is at least partially converted by the wavelength-converting layer into visible radiation. Send the
Halbleiterkörper elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich aus, so ist in der Regel bevorzugt angestrebt, einen möglichst großen Anteil der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in sichtbares Licht umwandelt.Semiconductor body electromagnetic radiation from the ultraviolet spectral range, it is usually preferred, the largest possible proportion of converts ultraviolet radiation of the first wavelength range into visible light.
Sendet der Halbleiterkörper ultraviolette Strahlung aus, so ist die Auskoppellinse besonders bevorzugt absorbierend oder reflektierend für die von dem Halbleiterkörper emittierte ultraviolette Strahlung ausgebildet. Hierzu kann die Auskoppellinse beispielsweise Glas aufweisen oder aus Glas bestehen.If the semiconductor body emits ultraviolet radiation, the coupling-out lens is particularly preferably designed to be absorbent or reflective for the ultraviolet radiation emitted by the semiconductor body. For this purpose, the coupling lens, for example, have glass or glass.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist über dem Halbleiterkörper eine reflektierende Schicht angeordnet, die für Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs reflektierend ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird eine solche reflektierende Schicht in Kombination mit einemAccording to a further embodiment, a reflective layer is arranged above the semiconductor body, which is designed to be reflective for radiation of the first wavelength range. Such a reflective layer is particularly preferred in combination with a
Halbleiterkörper eingesetzt, der Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich aussendet. In diesem Fall ist die reflektierende Schicht bevorzugt reflektierend für ultraviolette Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches und durchlässig für sichtbare Strahlung des zweitenSemiconductor body used which emits radiation from the ultraviolet spectral range. In this case, the reflective layer is preferably reflective for ultraviolet radiation of the first wavelength range and transmissive for visible radiation of the second
Wellenlängenbereiches ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, die reflektierende Schicht über einem Halbleiterkörper anzuordnen, der sichtbare Strahlung aussendet, beispielsweise, wenn eine nahezu vollständige Konversion der Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches in Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches angestrebt ist.Wavelength range formed. However, it is also conceivable to arrange the reflective layer over a semiconductor body which emits visible radiation, for example, if an almost complete conversion of the radiation of the first wavelength range into radiation of the second wavelength range is desired.
Bei der reflektierenden Schicht kann es sich beispielsweise um einen dielektrischen Spiegel handeln.The reflective layer may be, for example, a dielectric mirror.
Besonders bevorzugt ist die reflektierende Schicht auf der Innenseite der Auskoppellinse aufgebracht. Insbesondere ein optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper, der Strahlung des ersteParticularly preferably, the reflective layer is applied to the inside of the coupling-out lens. In particular, an optoelectronic component with a semiconductor body, the radiation of the first
Wellenlängenbereichs aussendet, der ultraviolette Strahlung umfasst, weist eine Auskoppellinse mit folgenden Merkmalen auf:Wavelength range, which includes ultraviolet radiation, has a coupling-out lens with the following features:
- eine gewölbte Innenseite, die dazu vorgesehen ist, eine Kavität über dem Halbleiterkörper auszubilden,a curved inner side, which is intended to form a cavity over the semiconductor body,
- wobei die Innenseite einen inneren Teilbereich aufweist, der eine bezüglich der Abstrahlrichtung der Auskoppellinse konvexe Krümmung oder eine Spitze, an dem die Steigung der Innenseite wechselt, aufweist und ein äußerer Teilbereich, der bezüglich der Abstrahlrichtung der Auskoppellinse eine konkave Krümmung aufweist, zumindest teilweise umlaufend um den inneren Teilbereich ausgebildet ist.- Wherein the inner side has an inner portion which has a convex curvature with respect to the emission direction of the Auskoppellinse or a tip at which the slope of the inside changes, and an outer portion which has a concave curvature with respect to the emission direction of the Auskoppellinse, at least partially circulating is formed around the inner portion.
Die Innenseite der Auskoppellinse ist bevorzugt rotationssymmetrisch bezüglich einer optischen Achse der Auskoppellinse ausgebildet. Die optische Achse verläuft besonders bevorzugt durch den inneren Teilbereich. Ist die Auskoppellinse Teil eines optoelektronischen Bauelementes, so wird die optische Achse der Auskoppellinse in der Regel durch die optische Achse des optoelektronischen Bauelementes gebildet .The inside of the coupling-out lens is preferably formed rotationally symmetrical with respect to an optical axis of the coupling-out lens. The optical axis particularly preferably runs through the inner subregion. If the coupling-out lens is part of an optoelectronic component, then the optical axis of the coupling-out lens is generally formed by the optical axis of the optoelectronic component.
Besonders bevorzugt ist die Außenseite der Auskoppellinse sphärisch ausgebildet.Particularly preferably, the outside of the coupling-out lens is of spherical design.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenenFurther features, advantageous embodiments and advantages of the invention will become apparent from the following in conjunction with the figures
Ausführungsbeispielen .Exemplary embodiments.
Es zeigen: Figur IA, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,Show it: FIG. 1A, a schematic sectional view of an optoelectronic component according to a first exemplary embodiment,
Figur IB, eine schematische, perspektivische Darstellung des optoelektronischen Bauelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur IA,FIG. 1B, a schematic perspective view of the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIG. 1A,
Figur IC, eine schematische Draufsicht auf das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA und IB,FIG. 1C shows a schematic plan view of the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A and 1B,
Figur 2A, eine tabellarische Aufstellung eines Spiegels gemäß einem Ausführungsbeispiel,2A, a tabular list of a mirror according to an embodiment,
Figur 2B, graphische Darstellungen der Simulation des Reflektionsgrades in Abhängigkeit der Wellenlänge von Spiegeln gemäß dreier Ausführungsbeispiele,FIG. 2B, graphical representations of the simulation of the degree of reflection as a function of the wavelength of mirrors according to three exemplary embodiments,
Figuren 3A und 3B, simulierter Verlauf der Cx-Koordinate des Farbortes bzw. der Intensität in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels ,FIGS. 3A and 3B, simulated course of the Cx coordinate of the color locus or of the intensity as a function of the emission angle,
Figur 3C, simulierter Verlauf der Cx-Koordinate des Farbortes in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels,FIG. 3C, simulated course of the Cx coordinate of the color locus as a function of the emission angle,
Figur 4A, eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel , Figur 4B, eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,4A, a schematic plan view of an optoelectronic component according to a second embodiment, FIG. 4B, a schematic sectional view of an optoelectronic component according to a third exemplary embodiment,
Figur 5A, eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ,FIG. 5A, a schematic perspective illustration of an optoelectronic component according to a fourth exemplary embodiment,
Figur 5B, ein Transmissionsspektrum und ein Reflektionsspektrum der Schichtenfolge, die bei demFIG. 5B, a transmission spectrum and a reflection spectrum of the layer sequence which are shown in FIG
Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 5A als Spiegel verwendet ist,Embodiment according to the figure 5A is used as a mirror,
Figur 5C, eine tabellarische Aufstellung einer reflektierenden Schichtenfolge gemäß einem Ausführungsbeispiel ,FIG. 5C, a tabulation of a reflective layer sequence according to an exemplary embodiment,
Figur 5D, graphische Darstellungen des Reflektionsspektrums und des Transmissionsspektrums der reflektierenden Schichtenfolge der Figur 5C in Abhängigkeit der Wellenlänge,FIG. 5D, graphical representations of the reflection spectrum and the transmission spectrum of the reflective layer sequence of FIG. 5C as a function of the wavelength,
Figur 6A, eine schematische perspektivische Darstellung eines optoelektronischen Bauelementes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ,6A, a schematic perspective view of an optoelectronic component according to a fifth exemplary embodiment,
Figuren 6B und 6C, schematische Schnittdarstellungen des optoelektronischen Bauelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6A,6B and 6C, schematic sectional views of the optoelectronic component according to the embodiment of Figure 6A,
Figur 6D, eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6A bis 6C, Figur 7A, schematische perspektivische Darstellung einer Auskoppellinse gemäß einem ersten Ausführungsbeispie1 ,FIG. 6D, a schematic plan view of an optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 6A to 6C, 7A, schematic perspective view of a coupling-out lens according to a first embodiment,
Figur 7B, schematische Schnittdarstellung der Auskoppellinse gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 7A,FIG. 7B shows a schematic sectional illustration of the coupling-out lens according to the exemplary embodiment of FIG. 7A,
Figur 7C, schematische Draufsicht auf eine Auskoppellinse gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7A und 7B, und7C, schematic plan view of a coupling lens according to the embodiment of Figures 7A and 7B, and
Figur 7D, beispielhafte maßstabsgetreue Zeichnung einer Auskoppellinse gemäß einem Ausführungsbeispiel.Figure 7D, exemplary scale drawing of a coupling lens according to an embodiment.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente der Figuren sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Bestandteile, wie beispielsweise Schichtdicken, zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components are each provided with the same reference numerals. The illustrated elements of the figures are not necessarily to be regarded as true to scale. Rather, individual components, such as layer thicknesses, for exaggerated understanding may be exaggerated in some cases.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA bis IC weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs zu emittieren. Der Halbleiterkörper 1 ist auf einer Wärmesenke 2 angeordnet. Auf der Wärmesenke 2 ist weiterhin ein Spiegel 3 angeordnet, der sowohl seitlich als auch unterhalb des Halbleiterkörpers 1 ausgebildet ist. Der Spiegel 3 steht in direktem Kontakt mit der Wärmesenke 2, das heißt, er bildet eine gemeinsame Grenzfläche mit der Wärmesenke 2 aus . Bei der Wärmesenke 2 kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte handeln. Weiterhin kann die Wärmesenke 2 auch eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen: Kupfer, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Silizium, Silber, Aluminium.The optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1C has a semiconductor body 1, which is intended to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range. The semiconductor body 1 is arranged on a heat sink 2. On the heat sink 2, a mirror 3 is further arranged, which is formed both laterally and below the semiconductor body 1. The mirror 3 is in direct contact with the heat sink 2, that is, it forms a common interface with the heat sink 2 from. The heat sink 2 may be, for example, a printed circuit board. Furthermore, the heat sink 2 may also comprise or consist of one of the following materials: copper, aluminum nitride, aluminum oxide, silicon, silver, aluminum.
Seitlich des Halbleiterkörpers 1 ist auf dem Spiegel 3 eine wellenlängenkonvertierende Schicht 4 angeordnet, während eine Strahlungsdurchtrittsseite 5 des Halbleiterkörpers 1 frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist. Weiterhin ist die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 derart auf einem Innenbereich 6 des Spiegels 3 aufgebracht, dass ein Außenbereich 7 des Spiegels 3 frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist. Die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 umfasst einenLaterally of the semiconductor body 1, a wavelength-converting layer 4 is arranged on the mirror 3, while a radiation passage side 5 of the semiconductor body 1 is free of the wavelength-converting layer 4. Furthermore, the wavelength-converting layer 4 is applied to an inner region 6 of the mirror 3 such that an outer region 7 of the mirror 3 is free of the wavelength-converting layer 4. The wavelength-converting layer 4 comprises a
Wellenlängenkonversionsstoff 8, der dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterkörper 1 emittierten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.Wavelength conversion substance 8, which is suitable for converting at least a portion of the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor body 1 into radiation of a second wavelength range different from the first wavelength range.
Der Halbleiterkörper 1 ist vorliegend dazu geeignet, Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs auszusenden, der sichtbares blaues Licht aufweist, das von dem Wellenlängenkonversionsstoff 8 in Strahlung des zweitenIn the present case, the semiconductor body 1 is suitable for emitting radiation of a first wavelength range which has visible blue light which is incident on the wavelength conversion substance 8 in radiation of the second wavelength range
Wellenlängenbereichs umgewandelt wird, der gelbes sichtbares Licht aufweist. Hierzu wird als Wellenlängenkonversionsstoff 8 beispielsweise YAG: Ce verwendet.Wavelength range is converted, which has yellow visible light. For this purpose, for example, YAG: Ce is used as the wavelength conversion substance 8.
Weiterhin kann der Wellenlängenkonversionsstoff 8 auch aus der Gruppe gewählt sein, die durch die folgenden Materialien gebildet wird: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride .Furthermore, the wavelength conversion substance 8 may also be selected from the group formed by the following materials: rare earth doped garnets doped with rare earth metals Alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogalates, rare earth doped aluminates, rare earth doped orthosilicates, rare earth doped chlorosilicates, rare earth doped alkaline earth nitrides, rare earth doped oxynitrides, and aluminoxinitrides doped with rare earth metals.
Der Wellenlängenkonversionsstoff 8 der wellenlängenkonvertierenden Schicht ist vorliegend in ein Bindemittel 9 eingebracht, beispielsweise Silikon. Alternativ kann der Wellenlängenkonversionsstoff 8 auch mittels Elektrophorese in Form einer Schicht auf den Spiegel 3 aufgebracht sein.The wavelength conversion substance 8 of the wavelength-converting layer is presently incorporated in a binder 9, for example silicone. Alternatively, the wavelength conversion substance 8 may also be applied to the mirror 3 by means of electrophoresis in the form of a layer.
Der Spiegel 3 ist vorliegend als eine Schichtenfolge ausgebildet. Die Schichtenfolge des Spiegels 3 umfasst eine metallische Schicht 10, die beispielsweise Aluminium aufweist oder aus Aluminium besteht, und einen Bragg-Spiegel 11. Die metallische Schicht 10 weist hierbei zur Wärmesenke 2, während der Bragg-Spiegel 11 die Oberfläche des Spiegels 3 ausbildet. Der Spiegel 3 weist vorliegend einen Reflexionsgrad von mindestens 0,98 für sichtbare Strahlung auf. Weiterhin ist die Oberfläche des Spiegels 3 sehr glatt ausgebildet, das heißt, dass Rauhigkeitsspitzen des Spiegels 3 höchstens eine Höhe von 40 nm aufweisen. Der Spiegel 3 ist vorliegend zumindest in dem Außenbereich 7, der frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist, spekular reflektierend für Strahlung des ersten und des zweitenThe mirror 3 is presently designed as a layer sequence. The layer sequence of the mirror 3 comprises a metallic layer 10, which for example comprises aluminum or consists of aluminum, and a Bragg mirror 11. The metallic layer 10 points to the heat sink 2, while the Bragg mirror 11 forms the surface of the mirror 3. The mirror 3 in this case has a reflectance of at least 0.98 for visible radiation. Furthermore, the surface of the mirror 3 is formed very smooth, that is, that roughness peaks of the mirror 3 have at most a height of 40 nm. The mirror 3 is presently at least in the outer region 7, which is free of the wavelength-converting layer 4, specularly reflective for radiation of the first and the second
Wellenlängenbereichs ausgebildet . Wie in den Figuren IB und IC dargestellt, ist der Innenbereich 6 des Spiegels 3 kreisförmig mit einem Radius R1' ausgebildet, während der Außenbereich 7 des Spiegels 3 den kreisförmigen Innenbereich 6 als Kreisring umläuft. Der kreisringförmige Außenbereich 7 weist einen inneren Radius R1' und einen äußeren Radius R2' auf.Wavelength range formed. As shown in Figures IB and IC, the inner region 6 of the mirror 3 is circular with a radius R 1 'formed, while the outer region 7 of the mirror 3, the circular inner region 6 rotates as a circular ring. The annular outer region 7 has an inner radius R 1 'and an outer radius R 2 '.
Der Halbleiterkörper 1 ist zentriert auf dem Innenbereich 6 des Spiegels 3 angeordnet, das heißt, dass der Flächenschwerpunkt M der vorliegend rechteckig ausgebildeten Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers 1 und der Flächenschwerpunkt des kreisförmigen Innenbereiches 6 auf einer optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen, wobei die optische Achse senkrecht auf dem Spiegel steht.The semiconductor body 1 is arranged centered on the inner region 6 of the mirror 3, that is to say that the centroid M of the present rectangularly formed radiation passage side of the semiconductor body 1 and the centroid of the circular inner region 6 lie on an optical axis of the optoelectronic component, the optical axis being perpendicular standing on the mirror.
Über dem Halbleiterkörper 1 ist ein Streukörper 12 angeordnet, der vorliegend als Streuverguss ausgebildet ist. Der Streukörper 12 weist die Form einer Halbkugel mit Radius R1 auf. Der Streukörper 12 ist zentriert über dem Halbleiterkörper 1 angeordnet, das heißt, dass der Flächenschwerpunkt M der Strahlungsdurchtrittsseite des rechteckigen Halbleiterkörpers 1 und der Mittelpunkt der Halbkugel, die durch den Streukörper 12 ausgebildet wird, auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen. Weiterhin stimmen der Radius R1 des Streukörpers 12 mit dem Radius R1' des kreisförmigen Innenbereiches 6 überein. Der Streukörper 12 schließt daher mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 seitlich ab. Die gesamte wellenlängenkonvertierende Schicht 4 befindet sich somit unterhalb des Streukörpers 12. Der Streukörper 12 umfasst zur Lichtstreuung streuende Partikel 13, die beispielsweise Aluminiumoxid oder Titanoxid aufweisen oder aus einem dieser beiden Materialien bestehen. Die streuenden Partikel 13 weisen bevorzugt einen Durchmesser zwischen 20 nm und 20 μm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.Arranged above the semiconductor body 1 is a scattering body 12, which in the present case is in the form of scattered castings. The scattering body 12 has the shape of a hemisphere with radius R 1 . The scattering body 12 is arranged centered over the semiconductor body 1, that is to say that the centroid M of the radiation passage side of the rectangular semiconductor body 1 and the center of the hemisphere formed by the scattering body 12 lie on the optical axis of the optoelectronic component. Furthermore, the radius R 1 of the scattering body 12 coincide with the radius R 1 'of the circular inner region 6. The scattering body 12 therefore terminates laterally with the wavelength-converting layer 4. The entire wavelength-converting layer 4 is thus located below the scattering body 12. The scattering body 12 comprises scattering particles scattering for light scattering 13, which comprise, for example, aluminum oxide or titanium oxide or consist of one of these two materials. The scattering particles 13 preferably have a diameter of between 20 nm and 20 μm, the limits being included.
Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur IA eine Auskoppellinse 14 auf, die über dem Streukörper 12 angeordnet ist. Vorliegend steht die Auskoppellinse 14 in direktem Kontakt mit dem Streukörper 12, das heißt, .die Auskoppellinse 14 bildet eine gemeinsame Grenzfläche mit dem Streukörper 12 aus. Insbesondere existiert kein Luftspalt zwischen dem Streukörper 12 und der Auskoppellinse 14.Furthermore, the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIG. 1A has a coupling-out lens 14, which is arranged above the scattering body 12. In the present case, the coupling-out lens 14 is in direct contact with the scattering body 12, that is, the coupling-out lens 14 forms a common interface with the scattering body 12. In particular, there is no air gap between the scattering body 12 and the coupling-out lens 14.
Die Auskoppellinse 14 ist nach Art einer Halbkugelschale mit einem inneren Radius R1 und einem äußeren Radius R2 gebildet, wobei der innere Radius Ri der Auskoppellinse 14 mit dem Radius Ri des Streukörpers 12 übereinstimmt. DieThe coupling-out lens 14 is formed in the manner of a hemisphere shell with an inner radius R 1 and an outer radius R 2 , the inner radius Ri of the coupling-out lens 14 coinciding with the radius Ri of the scattering body 12. The
Auskoppellinse 14 schließt weiterhin seitlich mit dem Außenbereich 7 des Spiegels 3 ab, der frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist. Der äußere Radius R2 der Auskoppellinse 14 stimmt somit mit dem äußeren Radius R2' des kreisringförmigen Außenbereiches überein.Auskoppellinse 14 further terminates laterally with the outer region 7 of the mirror 3, which is free of the wavelength-converting layer 4. The outer radius R 2 of the coupling-out lens 14 thus coincides with the outer radius R 2 'of the annular outer region.
Weiterhin ist die Auskoppellinse 14 zentriert über dem Halbleiterköper 1 angeordnet, das heißt, dass der Mittelpunkt der Halbkugelschale, die durch die Auskoppellinse 14 gebildet ist und der Flächenschwerpunkt M derFurthermore, the coupling-out lens 14 is arranged centered over the semiconductor body 1, that is to say that the center of the hemispherical shell formed by the coupling-out lens 14 and the area center of gravity M of the
Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers 1 auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen. Die optische Achse 15 des optoelektronischen Bauelementes verläuft durch den Flächenschwerpunkt M der Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers 1. Da der Streukörper 12 und die Auskoppellinse 14 zentriert über dem Halbleiterkörper 1 angeordnet sind, sind der Streukörper 12 und die Auskoppellinse 14 rotationssymmetrisch zu der optischen Achse 15 ausgebildet. Auch die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 und der Spiegel 3, bzw. der Innenbereich 6 und der Außenbereich 7 des Spiegels 3, sind rotationssymmetrisch zu der optischen Achse 15 angeordnet .Radiation passage side of the semiconductor body 1 lie on the optical axis of the optoelectronic component. The optical axis 15 of the optoelectronic component runs through the centroid M of the radiation passage side of the semiconductor body 1. Since the scattering body 12 and the coupling lens 14 are arranged centered over the semiconductor body 1, the scattering body 12 and the coupling lens 14 are formed rotationally symmetrical to the optical axis 15. The wavelength-converting layer 4 and the mirror 3, or the inner region 6 and the outer region 7 of the mirror 3, are arranged rotationally symmetrical to the optical axis 15.
Die Auskoppellinse 14 ist dazu vorgesehen, die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem optoelektronischen Bauelement zu verbessern.The coupling lens 14 is intended to improve the coupling of electromagnetic radiation from the optoelectronic component.
Die Auskoppellinse 14 erfüllt die Weierstrass-Bedingung, wie im Folgenden erläutert. Die Auskoppellinse 14 weist eine Innenseite 16 auf, die von einer inneren Halbkugelflache Hinnen mit Radius Rinnen umschlossen ist. Weiterhin weist die Auskoppellinse 14 eine Außenseite 17 auf, die eine äußere Halbkugelflache Haussen mit Radius RaUßen umschließt. Die Auskoppellinse 14 erfüllt die Weierstrass-Bedingung, das heißt, dass die Radien Rinnen und Raußen folgende Ungleichung erfüllen:The coupling-out lens 14 fulfills the Weierstrass condition, as explained below. The coupling lens 14 has an inner side 16 which is surrounded by an inner hemispherical surface Hi with radius groove n . Furthermore, the coupling-out lens 14 has an outer side 17, which surrounds an outer hemispherical surface H with radius R aUsen . The coupling-out lens 14 fulfills the Weierstrass condition, that is to say that the radii Rinn e n and R au n e satisfy the following inequality:
R-außen — Rinnen * H-Linse / nluf t /R-outside - gutters * H-lens / n luf t /
wobei nLinse der Brechungsindex der Auskoppellinse und niuft der Brechungsindex der Luft ist.where n is refractive index of the lens of the output lens and the refractive index ni runs the air.
Vorliegend ist die innere Halbkugelfläche Hinnen durch die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 ausgebildet und es gilt Rinnen = Ri- Die äußere Halbkugelflache Haussen ist durch die Außenseite 17 der Auskoppellinse 14 ausgebildet und es gilt Raußen = R2 • Eine Strahlungsemittierende Vorderseite 21 des optoelektronischen Bauelementes ist vorliegend durch die Außenseite 17 der Auskoppellinse gebildet.In the present case, the inner hemisphere surface Hinnen is formed by the inner side 16 of the coupling-out lens 14 and applies Rinnen = Ri- The outer hemisphere H outside is formed by the outer side 17 of the coupling-out lens 14 and there is R nuße n = R2 • A radiation-emitting front side 21 of the optoelectronic component is presently formed by the outer side 17 of the coupling lens .
Die Auskoppellinse 14 kann auf dem optoelektronischen Bauelement aufgebracht sein, beispielsweise durch Gießen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Auskoppellinse 14 ein separat gefertigtes Element ist, das auf dem optoelektronischen Bauelement befestigt ist.The coupling-out lens 14 can be applied to the optoelectronic component, for example by casting. Furthermore, it is also possible that the coupling lens 14 is a separately manufactured element which is mounted on the optoelectronic component.
Die Draufsicht des optoelektronischen Bauelementes in Figur IC zeigt weiterhin zwei elektrische Anschlussstellen 18, die dazu vorgesehen sind, das optoelektronische Bauelement nach außen elektrisch zu kontaktieren.The top view of the optoelectronic component in FIG. 1C further shows two electrical connection points 18, which are provided for electrically contacting the optoelectronic component to the outside.
Ein Ausführungsbeispiel eines Spiegels 3 wie er beispielsweise bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA bis IC verwendet sein kann, ist tabellarisch in Figur 2A dargestellt. Der Spiegel 3 umfasst eine metallische Schicht 10, die beispielsweise Aluminium aufweist oder aus Aluminium besteht, und einen Bragg-Spiegel 11. Der Bragg-Spiegel 11 ist alternierend aus je zwei Titanoxidschichten 19 und zwei Siliziumoxidschichten 20 aufgebaut, das heißt, dass jeweils eine Titanoxidschicht 19 auf eine Siliziumoxidschicht 20 nachfolgt. Die Siliziumoxidschichten 20 weisen hierbei eine Dicke von 83 nm auf, während die Titanoxidschichten 19 eine Dicke von 49 nm aufweisen. Vorliegend ist angenommen, dass auf dem Spiegel 3 ein Vergussmaterial, wie beispielsweise ein Silikon, mit einem Brechungsindex von 1,46 angeordnet ist. Die simulierten Werte des Reflektionsgrad des Spiegels 3, wie er beispielsweise in Figur 2A tabellarisch dargestellt ist, ist in Figur 2B in Abhängigkeit der Wellenlänge dargestellt (Kurve 1) . Weiterhin zeigt der Graph den simulierten Reflektionsgrad eines einzelnen Paares mit einerAn exemplary embodiment of a mirror 3, as may be used, for example, in the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1C, is shown in tabular form in FIG. 2A. The mirror 3 comprises a metallic layer 10, which comprises, for example, aluminum or consists of aluminum, and a Bragg mirror 11. The Bragg mirror 11 is constructed alternately from two titanium oxide layers 19 and two silicon oxide layers 20, that is, one titanium oxide layer each 19 follows a silicon oxide layer 20. The silicon oxide layers 20 have a thickness of 83 nm, while the titanium oxide layers 19 have a thickness of 49 nm. In the present case, it is assumed that a potting material, such as a silicone, with a refractive index of 1.46 is arranged on the mirror 3. The simulated values of the reflectance of the mirror 3, as shown in tabular form in FIG. 2A, for example, are shown in FIG. 2B as a function of the wavelength (curve 1). Furthermore, the graph shows the simulated reflectance of a single pair with a
Siliziumoxidschicht 20 und einer Titanoxidschicht 19 auf einer Aluminiumschicht 10 (Kurve 2) , sowie den simulierten Reflektionsgrad einer reinen Aluminiumschicht 10 ohne Bragg- Spiegel 11 (Kurve 3) .Silicon oxide layer 20 and a titanium oxide layer 19 on an aluminum layer 10 (curve 2), and the simulated reflectance of a pure aluminum layer 10 without Bragg mirror 11 (curve 3).
Die Simulationen des Reflektionsgrades der Figur 2B zeigt, dass der Reflektionsgrad einer Schichtenfolge, wie sie in Figur 2A tabellarisch aufgeführt ist, im sichtbaren Spektralbereich im Wesentlichen größer ist als 0,98.The simulations of the reflectance of FIG. 2B show that the reflectance of a layer sequence, as tabulated in FIG. 2A, is substantially greater than 0.98 in the visible spectral range.
Figur 3A zeigt den simulierten Verlauf der Cx-Koordinate des Farbortes und die Intensität der von einem optoelektronischen Bauelement ausgesandten Strahlung in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels θ, wobei die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 auf der Strahlungsdurchtrittsseite 5 desFIG. 3A shows the simulated course of the Cx coordinate of the color locus and the intensity of the radiation emitted by an optoelectronic component as a function of the emission angle θ, wherein the wavelength-converting layer 4 on the radiation passage side 5 of FIG
Halbleiterkörpers 1 aufgebracht ist. Hierbei ist angenommen, dass die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, die von dem Halbleiterkörper 1 emittiert wird, eine Wellenlängen von 460 nm aufweist, während die Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs, in die der Wellenlängenkonversionsstoff 8 die Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs umwandelt, eine Wellenlänge von 590 nm aufweist.Semiconductor body 1 is applied. Here, it is assumed that the radiation of the first wavelength range emitted from the semiconductor body 1 has a wavelength of 460 nm, while the radiation of the second wavelength range into which the wavelength conversion substance 8 converts the radiation of the first wavelength range has a wavelength of 590 nm having.
Wie die Simulation zeigt, weist ein Bauelement, bei dem die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 auf derAs the simulation shows, has a device in which the wavelength-converting layer 4 on the
Strahlungsdurchtrittseite 5 des Halbleiterkörpers 1 angeordnet ist, einen inhomogenen Farbort auf. Die von dem optoelektronischen Bauelement ausgesandte Strahlung erscheint im Inneren der Strahlungsemittierenden Vorderseite 21 des optoelektronischen Bauelementes eher bläulich, während das Äußere der Strahlungsemittierenden Vorderseite 21 eher gelblich erscheint.Radiation passage side 5 of the semiconductor body 1 is arranged, an inhomogeneous color location. The radiation emitted by the optoelectronic component appears inside the radiation-emitting front side 21 of the optoelectronic component rather bluish, while the exterior of the radiation-emitting front 21 appears more yellowish.
Auch die Intensität eines solchen Bauelementes ist nicht homogen wie Figur 3A zu entnehmen. Vielmehr ist die Intensität im Inneren der Strahlungsemittierenden Vorderseite 21 des optoelektronischen Bauelementes höher im Äußeren.The intensity of such a component is not homogeneous as shown in Figure 3A. Rather, the intensity inside the radiation-emitting front side 21 of the optoelectronic component is higher in the exterior.
Figur 3B hingegen zeigt eine Simulation des Cx-Wertes des Farbortes und der Intensität in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels θ, wenn die wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 seitlich des Halbleiterkörpers 1 auf eine Wärmesenke 2 aufgebracht ist, wie bei einem Bauelement gemäß Patentspruch 1 und die Strahlungsdurchtrittsseite 5 des Halbleiterkörpers 1 frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist. Wie die Simulation der Figur 3B zeigt, verläuft der Cx-Wertes und die Intensität im Wesentlichen homogen mit dem Abstrahlwinkel θ. Ein optoelektronischesOn the other hand, FIG. 3B shows a simulation of the Cx value of the color locus and of the intensity as a function of the emission angle θ when the wavelength-converting layer 4 is applied laterally to the semiconductor body 1 on a heat sink 2, as in the case of a component according to patent claim 1 and the radiation passage side 5 of the semiconductor body 1 is free from the wavelength-converting layer 4. As the simulation of FIG. 3B shows, the Cx value and the intensity are substantially homogeneous with the emission angle θ. An optoelectronic
Bauelement, bei dem die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 seitlich des Halbleiterkörpers 1 auf einer Wärmesenke 2 aufgebracht ist und nicht auf der Strahlungsdurchtrittsseite 5 des Halbleiterkörpers 1 weist somit eine Abstrahlcharakteristik mit im Wesentlichen homogener Intensität und im Wesentlichen homogenen Farbort auf.Component in which the wavelength-converting layer 4 is applied laterally of the semiconductor body 1 on a heat sink 2 and not on the radiation passage side 5 of the semiconductor body 1 thus has a radiation characteristic with substantially homogeneous intensity and substantially homogeneous color location.
Figur 3C zeigt ebenfalls die Simulation der Abhängigkeit des Cx-Wertes vom Abstrahlwinkel θ eines optoelektronischen Bauelementes, bei dem die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 seitlich des Halbleiterkörpers 1 auf einer Wärmesenke 2 aufgebracht ist. Wie bereits in Figur 3B gezeigt, ist auch hier der Verlauf des Cx-Wert im Wesentlichen konstant mit dem Abstrahlwinkel θ. Das Bauelement weist somit einen Farbeindruck auf, der im Wesentlichen unabhängig vom Abstrahlwinkel θ ist.FIG. 3C likewise shows the simulation of the dependence of the Cx value on the emission angle θ of an optoelectronic component, in which the wavelength-converting layer 4 is applied laterally to the semiconductor body 1 on a heat sink 2. As already shown in FIG. 3B, the course of the Cx value here too is essentially constant with the Emission angle θ. The component thus has a color impression which is essentially independent of the emission angle θ.
Im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA bis IC weist das optoelektronische Bauelement gemäß der Figur 4A mehrere Halbleiterkörper 1 auf. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen dem Bauelement gemäß der Figur 4A und dem Bauelement gemäß der Figuren IA bis IC beschrieben. Nicht beschriebene Elemente bzw. Merkmale stimmen mit den Elementen bzw. Merkmalen des Bauelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA bis IC überein.In contrast to the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1C, the optoelectronic component according to FIG. 4A has a plurality of semiconductor bodies 1. In order to avoid repetition, only the differences between the component according to FIG. 4A and the component according to FIGS. 1A to 1C will be described below. Elements or features that are not described correspond to the elements or features of the component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1C.
Die Halbleiterkörper 1 des Bauelementes gemäß der Figur 4A sind in einem regelmäßigen Muster, vorliegend gemäß einem quadratischen Gitter 22, angeordnet. Die Halbleiterkörper 1 liegen jeweils mit einem Flächenschwerpunkt M der Strahlungsdurchtrittsseite auf einem Gitterpunkt des quadratischen Gitters 22. Alternativ können die Halbleiterkörper 1 beispielsweise auch gemäß einem hexagonalen Gitter angeordnet sein. Die Halbleiterkörper 1 sind zentriert unterhalb des Streukörpers 12 angeordnet, das heißt, dass ein Schwerpunkt S des quadratischen Gitters 22 und der Mittelpunkt der Halbkugelschale, die durch den Streukörper 12 gebildet ist, auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen. Auch die Auskoppellinse 14 ist zentriert über den Halbleiterkörpern 1 angeordnet, das heißt, dass der Schwerpunkt S des quadratischen Gitters 22 und der Mittelpunkt der Halbkugelschale, die die Auskoppellinse 14 ausbildet, auf der optischen Achse des optoelektronischen Bauelementes liegen. Im Unterschied zu dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA bis IC weist das optoelektronische Bauelement gemäß der Figur 4B einen transparenten Füllkörper 23 auf. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen dem Bauelement gemäß der Figur 4B und dem Bauelement gemäß der Figuren IA bis IC beschrieben. Nicht beschriebene Elemente bzw. Merkmale stimmen mit den Elementen bzw. Merkmalen des Bauelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren IA bis IC überein.The semiconductor bodies 1 of the component according to FIG. 4A are arranged in a regular pattern, in the present case according to a square grid 22. The semiconductor bodies 1 each lie with a centroid M of the radiation passage side on a grid point of the square grid 22. Alternatively, the semiconductor bodies 1 may, for example, also be arranged according to a hexagonal grid. The semiconductor bodies 1 are arranged centered below the scattering body 12, that is to say that a center of gravity S of the square lattice 22 and the center of the hemisphere shell formed by the scattering body 12 lie on the optical axis of the optoelectronic component. The coupling-out lens 14 is also arranged centered over the semiconductor bodies 1, that is to say that the center of gravity S of the square lattice 22 and the center of the hemisphere shell forming the coupling-out lens 14 lie on the optical axis of the optoelectronic component. In contrast to the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1C, the optoelectronic component according to FIG. 4B has a transparent filling body 23. In order to avoid repetition, only the differences between the component according to FIG. 4B and the component according to FIGS. 1A to 1C will be described below. Elements or features that are not described correspond to the elements or features of the component according to the exemplary embodiment of FIGS. 1A to 1C.
Der Streukörper 12 des optoelektronischen Bauelementes gemäß der Figur 4B ist als Halbkugelschale ausgebildet, deren Außenseite seitlich mit der wellenlängenkonvertierendenThe diffuser body 12 of the optoelectronic component according to FIG. 4B is designed as a hemispherical shell whose outer side is laterally connected to the wavelength-converting element
Schicht 4 abschließt. Der Raum zwischen dem Streukörper 12 und dem Halbleiterkörper 1 ist mit einem transparenten Füllkörper 23 gefüllt, der frei von streuenden Partikeln ist. Der transparenten Füllkörper 23 kann beispielsweise als transparenter Verguss ausgeführt sein und beispielsweise Silikon und/oder Epoxid aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen. Der transparenten Füllkörper 23 füllt den Raum zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Streukörper 12 bevorzugt vollständig aus, das heißt, es existieren insbesondere keine luftgefüllten Bereiche zwischen dem Streukörper 12 und dem transparenten Füllkörper 23.Layer 4 completes. The space between the scattering body 12 and the semiconductor body 1 is filled with a transparent filling body 23, which is free of scattering particles. The transparent filler 23 may be embodied, for example, as a transparent encapsulation and, for example, have silicone and / or epoxy or consist of one of these materials. The transparent filling body 23 preferably completely fills the space between the semiconductor body 1 and the scattering body 12, that is, in particular there are no air-filled areas between the scattering body 12 and the transparent filling body 23.
Das optoelektronische Bauelement gemäß demThe optoelectronic component according to the
Ausführungsbeispiel der Figur 5A weist im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren IA bis IC sowie der Figuren 4A und 4B einen Halbleiterkörper 1 auf, der ultraviolette Strahlung aussendet, das heißt, dass der erste Wellenlängenbereich ultraviolette Strahlung umfasst. Seitlich des Halbleiterkörpers 1 ist eine wellenlängenkonvertierende Schicht 4 angeordnet, die einen Wellenlängenkonversionsstoff 8 umfasst. Der Wellenlängenkonversionsstoff 8 ist dazu geeignet, Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten, vom ersten verschiedenenEmbodiment of Figure 5A, in contrast to the embodiments according to Figures IA to IC and Figures 4A and 4B on a semiconductor body 1 which emits ultraviolet radiation, that is, that the first wavelength range comprises ultraviolet radiation. Laterally of the semiconductor body 1, a wavelength-converting layer 4 which comprises a wavelength conversion substance 8 is arranged. The wavelength conversion substance 8 is suitable for radiation of the first wavelength range in radiation of a second, different from the first
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Vorliegend ist der Wellenlängenkonversionsstoff 8 dazu geeignet, ultraviolette Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in sichtbare Strahlung umzuwandeln, das heißt, der zweite Wellenlängenbereich umfasst sichtbare Strahlung. Besonders bevorzugt wandelt der Wellenlängenkonversionsstoff 8 einen möglich großen Anteil der von dem Halbleiterkörper 1 ausgesandten ultravioletten Strahlung in sichtbare Strahlung um.To convert wavelength range. In the present case, the wavelength conversion substance 8 is suitable for converting ultraviolet radiation of the first wavelength range into visible radiation, that is to say the second wavelength range comprises visible radiation. Particularly preferably, the wavelength conversion substance 8 converts a possibly large proportion of the ultraviolet radiation emitted by the semiconductor body 1 into visible radiation.
Der Halbleiterkörper 1 ist vorliegend auf eine Wärmesenke 2 aufgebracht. Weiterhin ist auf der Wärmesenke 2 unterhalb der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ein Spiegel 3 aufgebracht. Der Spiegel 3 weist wie der Spiegel 3, der bereits anhand der Figuren 2A und 2B beschrieben wurde, eine metallische Schicht 10 und einen Bragg-Spiegel 11 auf, der alternierend aus je zwei Titanoxidschichten 19 und zwei Siliziumoxidschichten 20 aufgebaut ist. Im Unterschied zu dem Spiegel 3 der Figuren 2A und 2B weisen die Titandioxidschichten 19 jedoch eine Dicke von ca. 40 nm und die Siliziumdioxidschichten 20 eine Dicke von ca. 66 nm auf. Wie das Reflexionsspektrum der Figur 5B zeigt, ist eine solche Schichtenfolge insbesondere dazu geeignet, kurzwellige Strahlung zu reflektieren. Für das Reflexionsspektrum bzw. Transmissionsspektrum der Figur 5B wurde eineIn the present case, the semiconductor body 1 is applied to a heat sink 2. Furthermore, a mirror 3 is applied to the heat sink 2 below the wavelength-converting layer 4. The mirror 3 has, like the mirror 3, which has already been described with reference to FIGS. 2A and 2B, a metallic layer 10 and a Bragg mirror 11, which is constructed alternately from two titanium oxide layers 19 and two silicon oxide layers 20. In contrast to the mirror 3 of FIGS. 2A and 2B, however, the titanium dioxide layers 19 have a thickness of approximately 40 nm and the silicon dioxide layers 20 have a thickness of approximately 66 nm. As the reflection spectrum of FIG. 5B shows, such a layer sequence is particularly suitable for reflecting short-wave radiation. For the reflection spectrum or transmission spectrum of Figure 5B was a
Primärwellenlänge von 390 nm angenommen. Der Spiegel 3 ist vorliegend zwischen dem Halbleiterkörper 1 und der Wärmesenke 2 ausgebildet. Weiterhin ist die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 seitlich des Halbleiterkörpers 1 über dem gesamten Spiegel 3 ausgebildet. Die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 schließt somit seitlich mit dem Spiegel 3 ab. Im Unterschied zu dem Bauelement gemäß der Figuren IA bis IC weist der Spiegel 3 gemäß der Figur 5A keinen Außenbereich 7 auf, der frei ist von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4.Primary wavelength of 390 nm assumed. The mirror 3 is presently formed between the semiconductor body 1 and the heat sink 2. Furthermore, the wavelength-converting layer 4 is formed laterally of the semiconductor body 1 over the entire mirror 3. The wavelength-converting layer 4 thus terminates laterally with the mirror 3. In contrast to the component according to FIGS. 1A to 1C, the mirror 3 according to FIG. 5A has no outer region 7 which is free of the wavelength-converting layer 4.
Das optoelektronische Bauelement gemäß demThe optoelectronic component according to the
Ausführungsbeispiel der Figur 5A ist weiterhin im Unterschied zu den optoelektronischen Bauelementen gemäß der Figuren IA bis IC bzw. gemäß der Figuren 4A und 4B frei von einem Streukörper 12.Embodiment of Figure 5A is further in contrast to the optoelectronic devices according to the figures IA to IC and according to the figures 4A and 4B free of a scattering body 12th
Über dem Halbleiterkörper 1 ist eine Auskoppellinse 14 angeordnet. Die Auskoppellinse 14 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sich die gesamte wellenlängenkonvertierende Schicht 4 unterhalb der Auskoppellinse 14 befindet. Bevorzugt schließt die Auskoppellinse 14 seitlich mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ab. Die Auskoppellinse 14 ist vorliegend als eine dünne tiefgezogene Glasschale ausgeführt, wobei der Raum zwischen der Auskoppellinse 14 und dem Halbleiterkörper 1 luftgefüllt ist. Die Dicke der tiefgezogenen Glasschale, die vorliegend die Auskoppellinse 14 ausbildet, weist bevorzugt eine Dicke zwischen 50 μm und 1 mm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Weiterhin ist es auch denkbar, dass in dem Raum zwischen der Auskoppellinse 14 und dem Halbleiterkörper 1 ein bereits beschriebener, transparenter Füllkörper 23 angeordnet ist. Besonders bevorzugt füllt der transparente Füllkörper 23 in diesem Fall den Raum zwischen Auskoppellinse 14 und Halbleiterkörper 1 im Wesentlichen vollständig aus.Above the semiconductor body 1, a coupling-out lens 14 is arranged. The coupling-out lens 14 is designed and arranged such that the entire wavelength-converting layer 4 is located below the coupling-out lens 14. The coupling-out lens 14 preferably terminates laterally with the wavelength-converting layer 4. In the present case, the coupling-out lens 14 is designed as a thin, deep-drawn glass shell, the space between the coupling-out lens 14 and the semiconductor body 1 being filled with air. The thickness of the deep-drawn glass shell, which in the present case forms the coupling-out lens 14, preferably has a thickness of between 50 μm and 1 mm, the limits being included. Furthermore, it is also conceivable that in the space between the coupling-out lens 14 and the semiconductor body 1, an already described, transparent filler 23 is arranged. Particularly preferably, the transparent filler body 23 fills in this case the space between Auskoppellinse 14 and semiconductor body 1 substantially completely.
Das Glas der Auskoppellinse 14 ist vorliegend absorbierend für ultraviolette Strahlung ausgebildet. Dies bietet denThe glass of the decoupling lens 14 is presently designed to absorb ultraviolet radiation. This offers the
Vorteil, dass von der Strahlungsemittierenden Vorderseite 21 des optoelektronischen Bauelementes, die vorliegend durch die Außenseite 17 der Auskoppellinse 14 ausgebildet ist, keine oder nur ein sehr geringer Anteil an ultravioletter Strahlung ausgesandt wird. Ultraviolette Strahlung trägt nicht zur wahrnehmbaren Helligkeit des Bauelementes bei und kann sogar das menschliche Auge schädigen.Advantage that no or only a very small proportion of ultraviolet radiation is emitted by the radiation-emitting front side 21 of the optoelectronic component, which in the present case is formed by the outside 17 of the coupling-out lens 14. Ultraviolet radiation does not contribute to the perceived brightness of the device and may even damage the human eye.
Auf der Innenseite 16 der tiefgezogenen Glasschale, die bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5A die Auskoppellinse 14 ausbildet, ist eine reflektierende Schichtenfolge 24 angeordnet, die reflektierend für die ultraviolette Strahlung des Halbleiterkörpers 1 und durchlässig für die sichtbare Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ausgebildet ist. Vorliegend handelt es sich bei der reflektierendenOn the inner side 16 of the deep-drawn glass shell, which forms the coupling-out lens 14 in the exemplary embodiment of FIG. 5A, a reflective layer sequence 24 is arranged, which is designed to be reflective for the ultraviolet radiation of the semiconductor body 1 and permeable to the visible radiation of the second wavelength range. In the present case, it is the reflective
Schichtenfolge 24 um einen dielektrischen Spiegel . Der dielektrische Spiegel ist beispielsweise durch eine Schichtenfolge 24 gebildet, wie sie in Figur 5C schematisch dargestellt ist. Die reflektierende Schichtenfolge 24 ist vorliegend aus acht Siliziumnitridschichten und aus acht Siliziumdioxidschichten ausgebildet, die alternierend angeordnet sind. Die Siliziumdioxidschichten der reflektierenden Schichtenfolge 24 weisen hierbei eine Dicke von ca. 62 nm und die Siliziumnitridschichten eine Dicke von ca. 47 nm auf. Wie dem Reflektionsspektrum dieserLayer sequence 24 around a dielectric mirror. The dielectric mirror is formed for example by a layer sequence 24, as shown schematically in FIG. 5C. In the present case, the reflective layer sequence 24 is formed from eight silicon nitride layers and from eight silicon dioxide layers which are arranged alternately. The silicon dioxide layers of the reflective layer sequence 24 in this case have a thickness of approximately 62 nm and the silicon nitride layers have a thickness of approximately 47 nm. Like the reflection spectrum of this
Schichtenfolge zu entnehmen, das in Figur 5D dargestellt ist, ist diese Schichtenfolge insbesondere dazu geeignet, ultraviolette Strahlung zu reflektieren. Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6A bis 6D weist wie das Bauelement gemäß der Figur 5A einen Halbleiterkörper 1 auf, der ultraviolette Strahlung aussendet und auf einerLayer sequence can be seen, which is shown in Figure 5D, this layer sequence is particularly suitable to reflect ultraviolet radiation. The optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 6A to 6D has, like the component according to FIG. 5A, a semiconductor body 1 which emits ultraviolet radiation and is located on a semiconductor body 1
Wärmesenke 2 angeordnet ist. Weiterhin ist auf der Wärmesenke 2 ein Spiegel 3 angeordnet, der seitlich und unterhalb des Halbleiterkörpers 1 ausgebildet ist. Seitlich des Halbleiterkörpers 1 ist weiterhin eine wellenlängenkonvertierende Schicht 4 angeordnet mit einemHeat sink 2 is arranged. Furthermore, a mirror 3, which is formed laterally and below the semiconductor body 1, is arranged on the heat sink 2. Laterally of the semiconductor body 1, a wavelength-converting layer 4 is further arranged with a
Wellenlängenkonversionsstoff 8, der ultraviolette Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, der sichtbare Strahlung umfasst. Es ist angestrebt, einen möglichst großen Teil der ultravioletten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in sichtbare Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.Wavelength conversion substance 8 which converts ultraviolet radiation of the first wavelength range into radiation of a second wavelength range which comprises visible radiation. It is desirable to convert as much of the ultraviolet radiation of the first wavelength range into visible radiation of the second wavelength range.
Die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 ist auf einem kreisförmigen Innenbereich 6 des Spiegels 3 angeordnet, während ein kreisringförmiger, den Innenbereich umlaufender Außenbereich 7 frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist. Der Spiegel 3 ist vorliegend zumindest innerhalb des Außenbereiches 7, der frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 ist, spekular reflektierend für sichtbare Strahlung ausgebildet.The wavelength-converting layer 4 is arranged on a circular inner region 6 of the mirror 3, while an annular outer region 7 surrounding the inner region is free of the wavelength-converting layer 4. The mirror 3 is in the present case at least within the outer region 7, which is free of the wavelength-converting layer 4, formed specular reflective for visible radiation.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6A bis 6D ist frei von einem Streukörper 12.The optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIGS. 6A to 6D is free of a scattering body 12.
Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6A eine Auskoppellinse 14, die vorliegend aus Glas ausgeführt ist. Eine Innenseite 16 der Auskoppellinse ist derart gewölbt, dass sie eine Kavität 25 über dem Halbleiterkörper 1 ausbildet. Vorliegend ist die Kavität 25 über dem Halbleiterkörper 1 und der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 so ausgebildet, dass die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 seitlich mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 abschließt. Die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 befindet sich in ihrer Gesamtheit unterhalb der Kavität 25, die die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 über dem Halbleiterkörper 1 ausbildet.Furthermore, the optoelectronic component according to the exemplary embodiment of FIG. 6A comprises a coupling-out lens 14 which in the present case made of glass. An inner side 16 of the coupling-out lens is curved in such a way that it forms a cavity 25 above the semiconductor body 1. In the present case, the cavity 25 is formed above the semiconductor body 1 and the wavelength-converting layer 4 such that the inner side 16 of the coupling-out lens 14 terminates laterally with the wavelength-converting layer 4. The wavelength-converting layer 4 is located in its entirety below the cavity 25, which forms the inner side 16 of the coupling-out lens 14 above the semiconductor body 1.
Wie in Figur 6B zu sehen, weist die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 einen inneren Teilbereich 26 mit einer Spitze 27 auf, an der die Steigung der Innenseite 16 wechselt. Vorliegend ist die Spitze 27 über demAs can be seen in FIG. 6B, the inner side 16 of the coupling-out lens 14 has an inner portion 26 with a tip 27, at which the pitch of the inner side 16 changes. In the present case, the tip 27 is above the
Flächenschwerpunkt M der Strahlungsdurchtrittsseite des Halbleiterkörpers 1 angeordnet und liegt auf der optischen Achse 15 der Auskoppellinse 14, die senkrecht auf dem Spiegel 3 steht. Alternativ zu der Spitze 27 kann der innere Teilbereich 26 der Auskoppellinse 14 auch eine Krümmung aufweisen, die bezüglich einer Abstrahlrichtung 28 der Auskoppellinse 14 konvex ausgebildet ist. Der innere Teilbereich 26 der Innenseite 16 wird von einem äußeren Teilbereich 29 umlaufen, der eine konkave Krümmung bezüglich der Abstrahlrichtung 28 der Auskoppellinse 14 aufweist. Die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 ist rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse 15 der Auskoppellinse 14 ausgebildet .Center of area M of the radiation passage side of the semiconductor body 1 is arranged and lies on the optical axis 15 of the coupling-out lens 14, which is perpendicular to the mirror 3. As an alternative to the tip 27, the inner portion 26 of the coupling lens 14 may also have a curvature which is convex with respect to a radiation direction 28 of the coupling-out lens 14. The inner portion 26 of the inner side 16 is circulated by an outer portion 29 which has a concave curvature with respect to the emission direction 28 of the coupling-out lens 14. The inner side 16 of the coupling lens 14 is rotationally symmetrical with respect to the optical axis 15 of the coupling lens 14 is formed.
Die Auskoppellinse 14 weist eine Außenseite 17 auf, die vorliegend gemäß einer Halbkugelflache mit Radius R2 ausgebildet ist. Die Außenseite 17 der Auskoppellinse 14 schließt seitlich mit dem Spiegel 3 ab, das heißt, der Spiegel 3 befindet sich in ihrer Gesamtheit unterhalb der Auskoppellinse 14. Weiterhin schließt die Auskoppellinse 14 im Außenbereich 7 mit dem Spiegel 3 ab, das heißt, der Spiegel 3 bildet im Außenbereich eine gemeinsame Grenzfläche mit dem Spiegel 3 aus .The coupling-out lens 14 has an outer side 17, which in the present case is designed in accordance with a hemispherical surface with a radius R 2 . The outer side 17 of the coupling lens 14 terminates laterally with the mirror 3, that is, the Mirror 3 is located in its entirety below the coupling-out lens 14. Furthermore, the coupling-out lens 14 terminates in the outer region 7 with the mirror 3, that is, the mirror 3 forms a common interface with the mirror 3 in the outer region.
Wie in Figur 6C schematisch dargestellt, wird Strahlung des Halbleiterkörpers 1 aufgrund des inneren Teilbereiches 26, der eine Spitze 27 oder eine konvexe Krümmung aufweist, durch die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 auf die seitlich des Halbleiterkörpers 1 angeordnete wellenlängenkonvertierende Schicht 4 reflektiert. Um die Reflektion von ultravioletter Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs an der Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 zu erhöhen, ist die Innenseite 16 mit einer reflektierenden Schicht 24 versehen, die reflektierend für Strahlung des ultravioletten Spektralbereiches und durchlässig für Strahlung des sichtbaren Spektralbereiches ausgebildet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen dielektrischen Spiegel handeln.As schematically illustrated in FIG. 6C, radiation of the semiconductor body 1 due to the inner subregion 26, which has a tip 27 or a convex curvature, is reflected by the inner side 16 of the coupling lens 14 onto the wavelength-converting layer 4 arranged laterally of the semiconductor body 1. In order to increase the reflection of ultraviolet radiation of the first wavelength range on the inner side 16 of the coupling-out lens 14, the inner side 16 is provided with a reflective layer 24, which is reflective for radiation of the ultraviolet spectral range and permeable to radiation of the visible spectral range. This may be, for example, a dielectric mirror.
Die Auskoppellinse 14 gehorcht der Weierstrass-Bedingung, wie im Folgenden anhand Figur 6C erläutert. Die Innenseite 16 des Halbleiterkörpers 1 ist von einer inneren Halbkugelfläche Hinnen mit Radius Rinnen umschlossen, während die Außenseite 17 der Auskoppellinse 14 eine äußere Halbkugelfläche Haussen mit Radius Raussen umschließt. Vorliegend wird die äußere Halbkugelflache Haussen durch die Außenseite 17 der Auskoppellinse 14 ausgebildet und es gilt RauSsen = R2 • Die innere Halbkugelfläche Hinnen berührt die Innenseite 16 zumindest teilweise im äußeren Teilbereich 29. DieThe coupling-out lens 14 obeys the Weierstrass condition, as explained below with reference to FIG. 6C. The inner side 16 of the semiconductor body 1 is surrounded by an inner hemispherical surface Hinnen with radius grooves, while the outer side 17 of the coupling lens 14 an outer hemispherical surface H ausse n with radius R ausse n encloses. In the present case, the outer hemispherical surface H is formed on the outside by the outer side 17 of the coupling-out lens 14, and the following applies: R outer ring = R2. The inner hemispherical surface H inside touches the inner side 16 at least partially in the outer subregion 29
Auskoppellinse 14 erfüllt die Weierstrass-Bedingung, das heißt, es gilt folgende Ungleichung: •R-aussen — Rinnen H-Linse / ^luft /Decoupling lens 14 fulfills the Weierstrass condition, that is, the following inequality holds: • R-outside - gutter H-lens / ^ air /
wobei nLinΞe der Brechungsindex der Auskoppellinse und niuft der Brechungsindex der Luft ist.where n L i nΞ e is the refractive index of the coupling-out lens and is the refractive index of the air.
Wie in Figur 6D gezeigt weist die wellenlängenkonvertierende Schicht 4 zur elektrischen Kontaktierung eine Öffnung 30 auf, durch die beispielsweise ein Bonddraht von einem Bondpad auf der Strahlungsdurchtrittsseite 5 des Halbleiterkörpers 1 zu dem Spiegel 3 geführt werden kann. Der Bonddraht und das Bondpad sind in der Figur nicht dargestellt.As shown in FIG. 6D, the wavelength-converting layer 4 for electrical contacting has an opening 30, through which, for example, a bonding wire can be led from a bonding pad on the radiation passage side 5 of the semiconductor body 1 to the mirror 3. The bonding wire and the bonding pad are not shown in the figure.
Zur externen elektrischen Kontaktierung umfasst das optoelektronische Bauelement weiterhin zwei externe Anschlussstellen 18.For external electrical contacting, the optoelectronic component further comprises two external connection points 18.
Die Figuren 7A bis 7D zeigen ein Ausführungsbeispiel einer separat gefertigten Auskoppellinse 14, wie sie beispielsweise bei dem optoelektronischen Bauelement der Figuren 6A bis 6C verwendet sein kann. Insbesondere ist die Auskoppeilinse 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7A bis 7D dazu vorgesehen, mit einem optoelektronischen Bauelement verwendet zu sein, das einen Halbleiterkörper 1 aufweist, der ultraviolette Strahlung aussendet. Weiterhin umfasst das optoelektronische Bauelement bevorzugt eine wellenlängenkonvertierende Schicht 4, die seitlich des Halbleiterkörpers 1 angeordnet ist.FIGS. 7A to 7D show an exemplary embodiment of a separately produced coupling-out lens 14, as may be used, for example, in the optoelectronic component of FIGS. 6A to 6C. In particular, the Auskoppeilinse 14 according to the embodiment of Figures 7A to 7D is intended to be used with an optoelectronic device having a semiconductor body 1, which emits ultraviolet radiation. Furthermore, the optoelectronic component preferably comprises a wavelength-converting layer 4, which is arranged laterally of the semiconductor body 1.
Die Auskoppellinse 14 weist eine gewölbte Innenseite 16 auf, die eine Kavität 25 ausbildet. Die Kavität 25 ist dazu vorgesehen, über dem Halbleiterkörper 1 eines optoelektronischen Bauelementes angeordnet zu werden. Die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 weist einen inneren Teilbereich 26 mit einer Spitze 27 auf, an der die Steigung der Innenseite 16 wechselt. Vorliegend liegt die Spitze 27 auf einer optischen Achse 15 der Auskoppellinse 14. Alternativ zu der Spitze 27 kann der innere Teilbereich 26 der Auskoppellinse 14 auch eine Krümmung aufweisen, die bezüglich einer Abstrahlrichtung 28 der Auskoppellinse 14 konvex ausgebildet ist. Der innere Teilbereich 26 der Innenseite 16 wird von einem äußeren Teilbereich 29 umlaufen, der eine konkave Krümmung bezüglich der Abstrahlrichtung 28 der Auskoppellinse 14 aufweist. Die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 ist rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse 15 der Auskoppellinse 14 ausgebildet.The coupling lens 14 has a curved inner side 16, which forms a cavity 25. The cavity 25 is intended to be arranged above the semiconductor body 1 of an optoelectronic component. The inner side 16 of the coupling-out lens 14 has an inner portion 26 with a tip 27 at which the pitch of the inner side 16 changes. In the present case, the tip 27 lies on an optical axis 15 of the coupling lens 14. As an alternative to the tip 27, the inner portion 26 of the coupling lens 14 may also have a curvature which is convex with respect to a radiation direction 28 of the coupling lens 14. The inner portion 26 of the inner side 16 is circulated by an outer portion 29 which has a concave curvature with respect to the emission direction 28 of the coupling-out lens 14. The inner side 16 of the coupling lens 14 is rotationally symmetrical with respect to the optical axis 15 of the coupling lens 14 is formed.
Die Auskoppellinse 14 weist eine Außenseite 17 auf, die vorliegend gemäß einer Halbkugelfläche mit Radius R2 ausgebildet ist.The coupling lens 14 has an outer side 17, which in the present case is designed in accordance with a hemispherical surface with a radius R 2 .
Die Auskoppellinse 14 gehorcht der Weierstrass-Bedingung, wie im Folgenden erläutert. Die Innenseite 16 desThe coupling-out lens 14 obeys the Weierstrass condition, as explained below. The inside 16 of the
Halbleiterkörpers 1 ist von einer inneren Halbkugelfläche Hinnen mit Radius Rinnen umschlossen, während die Außenseite 17 der Auskoppellinse 14 eine äußere Halbkugelfläche Haussen mit Radius RaUßen umschließt. Vorliegend wird die äußere Halbkugelfläche Haussen durch die Außenseite 17 derThe semiconductor body 1 is of an inner hemispherical surface of radius Ri Hinn s n s is enclosed, while the outside 17 of the output lens 14 outside an outer hemispherical surface H with radius R outer wraps. In the present case, the outer hemisphere H outside through the outside 17 of the
Auskoppellinse 14 ausgebildet und es gilt Raussen = R-2 • Die innere Halbkugelfläche Hinnen berührt die Innenseite 16 zumindest teilweise im äußeren Teilbereich 29. Die Auskoppellinse 14 erfüllt die Weierstrass-Bedingung, das heißt, es gilt folgende Ungleichung:Coupling-out lens 14 is formed and it is R au SEN = R-2 • The inner hemispherical surface H inn en touches the inner side 16 of at least 29, partly in the outer portion, the output lens 14 satisfies the Weierstrass condition, that is, it is the following inequality:
^-aussen — Rinnen ^Linse / I-iuf t , wobei nLinse der Brechungsindex der Auskoppellinse 14 und niUft der Brechungsindex der Luft ist.^ -Outdoor - gutters ^ lens / u Ii ft, where n lens is the refractive index of the coupling lens 14 and n iU f t is the refractive index of the air.
Die Innenseite 16 der Auskoppellinse 14 ist mit einer reflektierenden Schicht 24 versehen, die reflektierend für Strahlung des ultravioletten Spektralbereiches und durchlässig für Strahlung des sichtbaren Spektralbereiches ausgebildet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen dielektrischen Spiegel handeln.The inner side 16 of the coupling-out lens 14 is provided with a reflective layer 24, which is designed to be reflective of radiation of the ultraviolet spectral range and transmissive to radiation of the visible spectral range. This may be, for example, a dielectric mirror.
Beispielhafte Maße für die Auskoppellinse 14 sind in Figur 7D enthalten. So kann die Auskoppellinse 14 einen Radius R2 von 3,9 mm aufweisen. Die Kavität 25 weist beispielsweise eine kreisförmige Grundfläche mit einem Durchmesser von 5,17 mm auf, während die maximale Höhe der Kavität 25 beispielsweise 0,85 mm beträgt. Die minimale Höhe der Kavität 25 an ihrer Spitze 27 weist beispielsweise 0,65 mm auf.Exemplary dimensions for the coupling-out lens 14 are contained in FIG. 7D. Thus, the coupling lens 14 may have a radius R 2 of 3.9 mm. The cavity 25 has, for example, a circular base area with a diameter of 5.17 mm, while the maximum height of the cavity 25 is, for example, 0.85 mm. The minimum height of the cavity 25 at its tip 27 has, for example, 0.65 mm.
Die Auskoppellinse 14 ist bevorzugt aus einem Material gefertigt, das absorbierend für ultraviolette Strahlung ausgebildet ist, wie beispielsweise Glas. Die Auskoppellinse 14 kann beispielsweise gedreht, gefräst oder mittels Spitzguss hergestellt sein.The coupling-out lens 14 is preferably made of a material that is absorbent for ultraviolet radiation, such as glass. The coupling lens 14 may for example be rotated, milled or manufactured by injection molding.
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 von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination of features is not explicitly stated in the patent claims or embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optoelektronisches Bauelement mit:1. Optoelectronic component with:
- zumindest einem Halbleiterkörper (1) , der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten- At least one semiconductor body (1), which is intended to electromagnetic radiation of a first
Wellenlängenbereichs zu emittieren,Emitting wavelength range,
- einer Wärmesenke (2), auf der der Halbleiterkörper (1) und ein Spiegel (3) angeordnet sind, und- A heat sink (2) on which the semiconductor body (1) and a mirror (3) are arranged, and
- einer wellenlängenkonvertierenden Schicht (4), die seitlich des Halbleiterkörpers (1) auf dem Spiegel (3) angeordnet ist und einen Wellenlängenkonversionsstoff (8) umfasst, der dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterkörper (1) emittierten Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines vom ersten Wellenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs umzuwandeIn .a wavelength-converting layer (4), which is arranged laterally of the semiconductor body (1) on the mirror (3) and comprises a wavelength conversion substance (8) which is suitable for at least a part of the radiation emitted by the semiconductor body (1) of the first Wavelength range in radiation of a different from the first wavelength range second wavelength range.
2. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Strahlungsdurchtrittsseite (5) des Halbleiterkörpers (1) frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) ist.2. Optoelectronic component according to one of the above claims, wherein a radiation passage side (5) of the semiconductor body (1) is free of the wavelength-converting layer (4).
3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem - der Spiegel (3) in direktem Kontakt mit der Wärmesenke (2) angeordnet ist, und3. Optoelectronic component according to one of the above claims, in which - the mirror (3) is arranged in direct contact with the heat sink (2), and
- die wellenlängenkonvertierende Schicht (4) in direktem Kontakt mit dem Spiegel (3) angeordnet ist.- The wavelength-converting layer (4) is arranged in direct contact with the mirror (3).
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen4. Optoelectronic component according to one of the above
Ansprüche, bei dem die wellenlängenkonvertierende Schicht (4) auf einem Innenbereich (6) des Spiegels (3) aufgebracht ist, so dass ein Außenbereich (7) des Spiegels (3) frei von der wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) ist.Claims in which the wavelength-converting layer (4) is applied to an inner region (6) of the mirror (3), such that an outer region (7) of the mirror (3) is free of the wavelength-converting layer (4).
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der Spiegel (3) einen Reflektionsgrad von mindestens 0,98 für elektromagnetische Strahlung des ersten und/oder des zweiten Wellenlängenbereiches aufweist.5. Optoelectronic component according to one of the above claims, wherein the mirror (3) has a reflectance of at least 0.98 for electromagnetic radiation of the first and / or the second wavelength range.
6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem über dem Halbleiterkörper (1) und der wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) ein Streukörper (12) angeordnet ist .6. Optoelectronic component according to one of the above claims, wherein a scattering body (12) is arranged above the semiconductor body (1) and the wavelength-converting layer (4).
7. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Streukörper (12) nach Art einer7. Optoelectronic component according to the preceding claim, wherein the scattering body (12) in the manner of a
Halbkugel oder nach Art einer Halbkugelschale geformt ist, die über dem Halbleiterkörper (1) zentriert angeordnet ist und mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) seitlich abschließt .Hemisphere or shaped like a hemisphere shell, which is arranged centered over the semiconductor body (1) and laterally terminates with the wavelength-converting layer (4).
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, das eine Auskoppellinse (14) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die von dem optoelektronischen Bauelement ausgesandte Strahlung aus dem Bauelement auszukoppeln.8. An optoelectronic component according to one of the above claims, which has a coupling-out lens (14) which is provided for coupling out the radiation emitted by the optoelectronic component from the component.
9. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Auskoppellinse (14) die Weierstrass- Bedingung erfüllt .9. The optoelectronic component according to the preceding claim, wherein the coupling-out lens (14) fulfills the Weierstrass condition.
10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die von dem Halbleiterkörper (1) emittierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs ultraviolette Strahlung umfasst, die zumindest teilweise von der wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) in sichtbare Strahlung umgewandelt wird und die Auskoppellinse (14) absorbierend für die von dem Halbleiterkörper (1) emittierte ultraviolette Strahlung ausgebildet ist.10. The optoelectronic component according to claim 1, wherein the radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor body (1) comprises ultraviolet radiation which is at least partially emitted from the wavelength-converting layer (4) is converted into visible radiation and the coupling-out lens (14) is designed to be absorbent for the ultraviolet radiation emitted by the semiconductor body (1).
11. Optoelektronisches Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem über dem Halbleiterkörper (1) eine reflektierende Schicht (24) angeordnet ist, die für Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs reflektierend und für Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs durchlässig ausgebildet ist.11. An optoelectronic component according to one of the above claims, wherein a reflective layer (24) is arranged above the semiconductor body (1), which is designed to be reflective for radiation of the first wavelength range and transmissive for radiation of the second wavelength range.
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Auskoppellinse (14) eine gewölbte Innenseite (16) aufweist, die eine Kavität (25) über dem Halbleiterkörper (1) ausbildet, wobei die Innenseite (16) einen inneren Teilbereich (26) aufweist, der eine bezüglich der Abstrahlrichtung (28) der Auskoppellinse (14) konvexe Krümmung oder eine Spitze (27) , an der die Steigung der Innenseite (16) wechselt, aufweist und ein äußerer12. The optoelectronic component according to one of claims 8 to 11, wherein the coupling lens (14) has a curved inner side (16), which forms a cavity (25) over the semiconductor body (1), wherein the inner side (16) has an inner portion (26) having a with respect to the emission direction (28) of the coupling lens (14) convex curvature or a tip (27) at which the slope of the inner side (16) changes, and an outer
Teilbereich (29) , der bezüglich der Abstrahlrichtung (28) der Auskoppellinse (14) eine konkave Krümmung aufweist, zumindest teilweise umlaufend um den inneren Teilbereich (26) ausgebildet ist.Subregion (29) which has a concave curvature with respect to the emission direction (28) of the coupling-out lens (14), is formed at least partially circumferentially around the inner subregion (26).
13. Separat gefertigte Auskoppellinse (14) zur Befestigung an einem optoelektronische Bauelement mit zumindest einem Halbleiterkörper (1) , der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet, mit: - einer gewölbten Innenseite (6), die dazu vorgesehen ist, eine Kavität (25) über dem Halbleiterkörper (1) auszubilden, - wobei die Innenseite (16) einen inneren Teilbereich (26) aufweist, der eine bezüglich der Abstrahlrichtung (28) der Auskoppellinse (14) konvexe Krümmung oder eine Spitze (27), an der die Steigung der Innenseite (16) wechselt, aufweist und ein äußerer Teilbereich (29) , der bezüglich der Abstrahlrichtung (28) der Auskoppellinse (14) eine konkave Krümmung aufweist, zumindest teilweise umlaufend um den inneren Teilbereich (26) ausgebildet ist.13. Separately manufactured coupling-out lens (14) for attachment to an optoelectronic component having at least one semiconductor body (1) which emits electromagnetic radiation of a first wavelength range, comprising: - a curved inner side (6), which is provided, a cavity (25) form on the semiconductor body (1), - wherein the inner side (16) has an inner portion (26) having a with respect to the emission direction (28) of the Auskoppellinse (14) convex curvature or a tip (27) at which the slope of the inner side (16) changes, and an outer portion (29) having a concave curvature with respect to the emission direction (28) of the Auskoppellinse (14) is at least partially formed circumferentially around the inner portion (26).
14. Auskoppellinse (14) nach dem vorherigen Anspruch, bei der die Innenseite (16) rotationssymmetrisch bezüglich einer optischen Achse (15) der Auskoppellinse (14) ausgebildet ist und die optische Achse (15) durch den inneren Teilbereich (26) verläuft und eine Außenseite (17) sphärisch ausgebildet ist.14. Auskoppellinse (14) according to the preceding claim, wherein the inner side (16) rotationally symmetrical with respect to an optical axis (15) of the coupling lens (14) is formed and the optical axis (15) through the inner portion (26) and extends Outside (17) is spherical.
15. Auskoppellinse (14) nach einem der Ansprüche 13 bis 14, die die Weierstrass-Bedingung erfüllt. 15. Auskoppellinse (14) according to any one of claims 13 to 14, which fulfills the Weierstrass condition.
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