GOLDBACH MATTHIAS (DE)
| US9461222B1 | 2016-10-04 | |||
| DE102015114010A1 | 2017-03-02 | |||
| JP2005327845A | 2005-11-24 | |||
| CN101271916B | 2010-12-29 | |||
| EP2225915A1 | 2010-09-08 | |||
| US20180103516A1 | 2018-04-12 | |||
| DE102018129003A | 2018-11-19 |
| Patentansprüche 1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend, - einen Halbleiterkörper (10) mit einer Hauptabstrahlflache (A) und einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (100), - ein Empfangselement (20), das auf der der Hauptabstrahlflache (A) abgewandten Seite des Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist, und - eine strahlungsdurchlässige Formmasse (80), wobei - die strahlungsdurchlässige Formmasse (80) den Halbleiterkörper (10) und das Empfangselement (20) vollständig umgibt, - dem Empfangselement (20) eine Empfängerfrequenz zugeordnet ist, und - das Empfangselement (20) dazu eingerichtet ist, Energie zum Betreiben des aktiven Bereichs (100) aus einem elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen. 2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Empfangselement (20) eine Spule (200) mit mindestens einer Windung umfasst. 3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Spule (200) zwei oder mehr Windungen umfasst, wobei jede Windung der Spule (200) in einer separaten Schicht des Empfangselements (20) angeordnet ist und die Schichten (Sl, S2, S3) übereinander gestapelt angeordnet sind. 4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2, bei dem die Spule (200) zwei oder mehr Windungen umfasst, wobei die Windungen der Spule (200) spiralförmig in einer gemeinsamen Schicht des Empfangselements (20) angeordnet sind. 5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2, bei dem zwischen den Windungen der Spule (200) eine Isolationsschicht (40) angeordnet ist, die mit dem gleichen Material gebildet ist, wie die Formmasse (80) . 6. Anordnung (2) umfassend, - zumindest zwei optoelektronische Halbleiterbauelemente (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und - zumindest eine Sendevorrichtung (30), wobei - die Sendevorrichtung (30) zumindest ein Senderelement (300) umfasst und zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds eingerichtet ist, und wobei - die Empfangselemente (20) unterschiedliche Empfängerfrequenzen aufweisen. 7. Anordnung (2) gemäß Anspruch 6, bei der die Sendevorrichtung (30) eine Mehrzahl von Senderelementen (300) umfasst, die auf jeweils eine Empfängerfrequenz eines oder mehrerer Empfangselemente (20) abgestimmt sind. 8. Anordnung (2) gemäß Anspruch 7, wobei jedem Empfangselement (20) genau ein Senderelement (300) zugeordnet ist, das auf die Empfängerfrequenz des ihm zugeordneten Empfangselements (20) abgestimmt ist. 9. Anordnung (2) gemäß Anspruch 6, bei der die Sendevorrichtung (30) ein einziges Senderelement (300) aufweist und zur sequentiellen Erzeugung von elektromagnetischen Wechselfeldern unterschiedlicher Sendefrequenzen eingerichtet ist, die jeweils auf die Empfängerfrequenzen der Empfangselemente (20) abgestimmt sind . 10. Anordnung (2) gemäß Anspruch 6, bei der die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) deren Empfangselemente (20) unterschiedliche Empfängerfrequenzen aufweisen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer unterschiedlichen Farbe eingerichtet sind. 11. Anordnung (2) gemäß dem Anspruch 10, bei der die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) in einer Mehrzahl von Ebenen (S1,S2,S3) übereinander angeordnet sind, wobei - jede Ebene ausschließlich optoelektronische Halbleiterbauelemente (1) umfasst, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung der gleichen Farbe eingerichtet sind, und - die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) in unterschiedlichen Ebenen zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Farbe eingerichtet sind. 12. Anordnung (2) gemäß Anspruch 10, bei der die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und in Gruppen in der Ebene platziert sind, wobei die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) einer Gruppe dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren. 13. Anordnung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) in einer Ebene unregelmäßig angeordnet sind. |
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND ANORDNUNG
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und eine Anordnung mit einem optoelektronischen
Halbleiterbauelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine vereinfachte
Kontaktierung ermöglicht.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements oder einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anzugeben, die eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement handelt es sich insbesondere um ein strahlungsemittierendes oder ein strahlungsdetektierendes optoelektronisches
Halbleiterbauelement, das im Betrieb elektromagnetische
Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert oder detektiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einer
Hauptabstrahlflache und einen zur Emission von
elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich. Der aktive Bereich erstreckt sich bevorzugt quer insbesondere senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung . Der aktive Bereich umfasst einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur,
bevorzugt eine EinfachquantentopfStruktur (SQW, Single
Quantum Well) oder, besonders bevorzugt, eine MehrfachquantentopfStruktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung. Der Halbleiterkörper ist vorzugsweise epitaktisch auf einem bereitgestellten Aufwachssubstrat aufgewachsen .
Die Hauptabstrahlflache erstreckt sich bevorzugt parallel zum aktiven Bereich und ist zur Auskopplung von
elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper vorgesehen. Ein Großteil der im Betrieb in dem aktiven
Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung tritt durch die Hauptabstrahlflache aus dem Halbleiterkörper aus.
Der aktive Bereich ist zum Beispiel zur Emission von
elektromagnetischer Strahlung für den im Menschen
wahrnehmbaren spektralen Bereich eingerichtet. Alternativ ist der aktive Bereich zur Emission von elektromagnetischer
Strahlung im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich eingerichtet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement ein Empfangselement, das auf der der Hauptabstrahlflache abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Das Empfangselement ist dazu eingerichtet, einem elektromagnetischen Wechselfeld Energie zu entnehmen und diese Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln. Das Empfangselement kann eine Spule oder eine anderweitig geformte Antenne umfassen. Das Empfangselement ist insbesondere fest mit dem Halbleiterkörper verbunden. Das kann zum Beispiel heißen, dass das Empfangselement nur unter Zerstörung des Empfangselements und/oder des
Halbleiterkörpers von diesem lösbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist dem Empfangselement eine
Empfängerfrequenz zugeordnet. Die Empfängerfrequenz
entspricht der Resonanzfrequenz des Empfangselements. Die Resonanzfrequenz ergibt sich unter anderem aus den
geometrischen Abmessungen des Empfangselements oder kann beispielsweise mittels einer gekoppelten Kapazität
eingestellt sein. Die Einkopplung von Energie aus einem elektromagnetischen Wechselfeld in das Empfangselement erfolgt bei einer Frequenz die der Resonanzfrequenz
entspricht, vorteilhaft besonders effizient.
Der Betrieb bei der Empfängerfrequenz stellt somit den optimalen Kopplungsfaktor zwischen dem elektromagnetischen Wechselfeld und dem Empfangselement her. Der Kopplungsfaktor beschreibt die Effizienz mit der aus dem elektromagnetischen Wechselfeld Energie in das Empfangselement eingekoppelt wird. Einflussfaktoren auf den Kopplungsfaktor sind unter anderem die Abmessungen der Spulen oder Antennen, die Windungsanzahl der Spule oder die Länge der Antenne, der Abstand zwischen Sendevorrichtung und Empfangselement, die Geometrie des
Senderelements und der Abstand der Sendefrequenz von der Resonanzfrequenz des Empfangselements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauelement,
- einen Halbleiterkörper mit einer Hauptabstrahlfläche und einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung
eingerichteten aktiven Bereich, und
- ein Empfangselement, das auf der der Hauptabstrahlfläche abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, wobei
- dem Empfangselement eine Empfängerfrequenz zugeordnet ist, und - das Empfangselement dazu eingerichtet ist, Energie zum Betreiben des aktiven Bereichs aus einem elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden
Überlegungen zugrunde: Der Einsatz eines optoelektronischen Halbleiterbauelements welches Umwelteinflüssen wie etwa Temperaturschwankungen und Schwankungen der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt ist, ist oftmals mit hohen Anforderungen
verknüpft. Beispielsweise ist es dabei von Vorteil, das optoelektronische Halbleiterbauelement mit einer Verkapselung auszustatten, die den Umwelteinflüssen widerstehen kann. Die elektrische Versorgung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements ist jedoch meist mittels einer
elektrischen Zuleitung vorgesehen. Die elektrische Zuleitung erfordert es jedoch in der Regel die Verkapselung an
zumindest einer Stelle zu durchbrechen. Dieser Durchbruch kann einen Angriffspunkt für Umwelteinflüsse darstellen. Bei einer Kontaktierung über Kontaktflachen ist eine Verkapselung erleichtert, jedoch ist folglich eine exakte Justage der Kontaktflachen auf vorgegebene Anschlussflächen notwendig, wodurch sich ein Herstellungsaufwand nachteilig erhöht.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements mittels einer induktiven Kopplung zu realisieren. Ein
Empfangselement entzieht einem elektromagnetischen
Wechselfeld Energie und wandelt diese zumindest teilweise in elektrische Energie um, mittels der ein Halbleiterkörper versorgt werden kann. Das Empfangselement kann dabei
galvanisch getrennt von dem Senderelement sein, welches das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt. Unter einer
galvanischen Trennung ist hier und im Folgenden eine
Vermeidung einer elektrischen Leitung zwischen zwei
Stromkreisen, hier insbesondere das Empfangselement und das Senderelement, zu verstehen, zwischen denen Leistung oder Signale ausgetauscht werden sollen. Somit kann das
optoelektronische Halbleiterbauelement vollständig gekapselt sein. Ferner kann dadurch auch eine exakte Justage der optoelektronischen Halbleiterbauelemente entfallen, da die Einkopplung von elektrischer Energie aus dem
elektromagnetischen Wechselfeld keine exakte Justage des Empfängerelements in Bezug auf das Senderelement erfordert. Es ergibt sich somit vorteilhaft eine Art Baukastenprinzip, da alle Komponenten - sowohl optoelektronische
Halbleiterbauelemente als auch Sendevorrichtung - einfach austauschbar und für sich gekapselt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Empfangselement eine Spule mit mindestens einer Windung. Eine Spule mit einer Windung kann einen schraubenförmigen Verlauf aufweisen oder einen Kreis in einer Ebene. Die Spule kann auch durch andere nicht kreisförmige Formen gebildet sein, wie beispielsweise einem Vieleck, zum Beispiel einem Viereck. Die Spule ist mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem
Metalldraht, gebildet. Alternativ kann die Spule in einem galvanischen Abscheideverfahren direkt auf die der
Hauptabstrahlfläche abgewandte Seite des Halbleiterkörpers aufgebracht sein. Ferner kann die Spule separat hergestellt und beispielsweise mittels eines Klebe- oder Bondprozesses unlösbar mit dem Halbleiterkörper verbunden sein. Zur elektrischen Isolation von verschiedenen Windungen einer Spule kann zwischen den Windungen der Spule eine Isolationsschicht angeordnet sein. Die Isolationsschicht ist mit einem elektrisch isolierendes Material, wie
beispielsweise einem Polymer oder einer Keramik gebildet. Die Spule kann also in einem elektrisch isolierenden Material eingebettet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Spule zwei oder mehr
Windungen, wobei jede Windung der Spule in einer separaten Schicht des Empfangselements angeordnet ist und die Schichten übereinander gestapelt angeordnet sind. Eine Spule mit zwei oder mehr Windungen kann einen schraubenförmigen Verlauf aufweisen. In einer Richtung parallel zur
Haupterstreckungsachse der Spule kann die Spule zum Beispiel kreisförmig ausgebildet sein. Mit steigender Windungsanzahl nimmt auch die Induktivität der Spule zu.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Spule zwei oder mehr
Windungen, wobei die Windungen der Spule spiralförmig oder schneckenförmig in einer gemeinsamen Schicht des
Empfangselements angeordnet sind. Eine spiral- oder
schneckenförmige Anordnung ermöglicht eine platzsparende Anordnung von mehreren Windungen einer Spule in einer gemeinsamen Ebene.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optoelektronische
Halbleiterbauelement eine transparente Formmasse auf, die den Halbleiterkörper und das Empfangselement vollständig umgibt. Die transparente Formmasse ist insbesondere mit einem
Epoxidharz oder einem Silikon gebildet. Beispielsweise ist die Formmasse mit dem gleichen Material gebildet wie die Isolationsschicht der Spule des Empfangselements. Damit ist eine Haftung zwischen der Formmasse und dem Empfangselement verbessert. Die Formmasse kann den Halbleiterkörper und das Empfangselement vor äußeren Umwelteinflüssen, wie
insbesondere Feuchtigkeit, dem Einfluss von korrosiven Medien und Oxidation schützen. Die transparente Formmasse ist insbesondere strahlungsdurchlässig, bevorzugt transparent für die im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements in dem aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung.
Es wird weiter eine Anordnung angegeben. Die Anordnung kann insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches
Halbleiterbauelement enthalten. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauelement beschriebenen Merkmale sind auch für die Anordnung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst die Anordnung zumindest zwei der hier beschriebenen
optoelektronische Halbleiterbauelemente und zumindest eine Sendevorrichtung. Die Sendevorrichtung ist insbesondere galvanisch getrennt von dem optoelektronischen
Halbleiterbauelement .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst die Sendevorrichtung zumindest ein Senderelement und ist zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfeldes eingerichtet. Das Senderelement kann insbesondere eine Spule oder eine andersartig geformte Antenne sein. Dem Senderelement ist eine Senderfrequenz zugewiesen, in der ein elektromagnetisches Wechselfeld von dem Senderelement generiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist die Empfängerfrequenz jedes Empfangselements im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich. „Im Rahmen der
Herstellungstoleranz" heißt hier und im Folgenden zum
Beispiel, dass die Empfängerfrequenz der Empfangselemente höchstens um +/-1% von einem Mittelwert der Empfängerfrequenz für alle Empfangselemente abweicht. Es ergibt sich
vorteilhaft für alle Empfangselemente eine gemeinsame
Resonanzfrequenz in der die Empfangselemente angeregt werden können. Die gemeinsame Resonanzfrequenz kann sich
insbesondere von der Empfängerfrequenz der einzelnen
Empfänger unterscheiden. Die Druckschrift THABET, Thabat, 2015. An Approach to Calculate the Efficiency for an N- Receiver Wireless Power Transfer System. In: International Journal of Advanced Computer Science Applications. Vol.6, No. 9, S. 91-98, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird, beschreibt theoretische Zusammenhänge, bei der Entnahme von Energie aus einem elektromagnetischen
Wechselfeld durch ein oder mehrere Empfangselemente. Die Entnahme von Energie aus dem elektromagnetischen Wechselfeld erfolgt bei der gemeinsamen Resonanzfrequenz vorteilhaft besonders effizient. Die gemeinsame Resonanzfrequenz kann unter anderem durch die Anzahl der Empfangselemente, durch die Anordnung der Empfangselemente und durch die Abstände der Empfangselemente zueinander eingestellt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weisen zumindest manche der Empfangselemente unterschiedliche
Empfängerfrequenzen auf. Beispielsweise sind Empfangselemente einer gleichen Empfängerfrequenz in einer gemeinsamen Gruppe zusammengefasst. Die Empfängerfrequenzen von
unterschiedlichen Gruppen können sich voneinander
unterscheiden. Unterschiedliche Empfängerfrequenzen können beispielsweise durch eine unterschiedliche Spulengeometrie oder eine unterschiedliche elektrische Beschaltung der einzelnen Empfangselemente eingestellt sein. Der Abstand zwischen der Empfängerfrequenz und der Senderfrequenz bestimmt unter anderem den Kopplungsfaktor zwischen den
Empfangselementen und dem elektromagnetischen Wechselfeld.
Ein schlechter Kopplungsfaktor verringert die Einkopplung von elektrischer Energie aus dem Wechselfeld in das
Empfangselement. Mittels der Frequenz des elektromagnetischen Wechselfeldes kann über den Kopplungsfaktor beispielsweise eine Intensität des von einem optoelektronischen
Halbleiterbauelement emittierten Lichtes eingestellt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung umfasst die Anordnung eine Sendevorrichtung mit einer Mehrzahl von Senderelementen, die auf jeweils eine Empfängerfrequenz eines Empfangselements oder einer Gruppe von Empfangselementen abgestimmt sind. So ist jedem Senderelement zumindest ein Empfangselement zugeordnet. Durch diese Zuordnung kann jedes Empfangselement individuell angesteuert sein. Beispielsweise können auch Gruppen von gleichartigen Empfangselementen, die die gleiche Empfängerfrequenz aufweisen, von einem
Senderelement angesteuert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung ist jedem Empfangselement genau ein Senderelement zugeordnet, das auf die Empfängerfrequenz des ihm zugeordneten Empfangselements abgestimmt ist. Mit anderen Worten, jedes Senderelement kann eine andere Sendefrequenz aufweisen und kann somit zur
Ansteuerung eines individuell auf diese Empfangsfrequenz abgestimmten Empfangselements dienen. So kann durch die
Anordnung beispielsweise ein Display gebildet werden, bei dem jedes optoelektronische Halbleiterbauelement individuell ansteuerbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung weist die Sendevorrichtung ein einziges Senderelement auf und ist zur sequentiellen Erzeugung von elektromagnetischen
Wechselfeldern unterschiedlicher Sendefrequenzen
eingerichtet, die jeweils auf die Empfängerfrequenzen der Empfangselemente abgestimmt sind. Bei der Verwendung eines einzigen Senderelements werden die Empfangselemente
nacheinander sequentiell angesteuert. Dazu ist die
Sendevorrichtung in der Lage elektromagnetische Wechselfelder mit unterschiedlichen Frequenzen in einer kurzen zeitlichen Abfolge nacheinander auszusenden. So kann vorteilhaft eine Mehrzahl von Empfangselementen mittels nur einem
Senderelement angesteuert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind unterschiedliche Empfangselemente der Anordnung die
unterschiedliche Empfängerfrequenzen aufweisen, zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer unterschiedlichen Farbe eingerichtet. Eine unterschiedliche Farbe wie zum
Beispiel rot, grün, blau und/oder gelb entspricht einer unterschiedlichen Wellenlänge der elektromagnetischen
Strahlung. Eine Farbe ist insbesondere ein für das
menschliche Auge wahrnehmbarer Farbeindruck, der durch das Eintreffen der elektromagnetischen Strahlung auf das
menschliche Auge verursacht wird. Mit anderen Worten ist eine Empfängerfrequenz somit einem einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelement das zur Emission einer bestimmten Farbe vorgesehen ist oder einer Gruppe von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen die zur Emission einer bestimmten Farbe vorgesehen sind zugeordnet. Weist das
elektromagnetische Wechselfeld eine Frequenz auf, die somit einer bestimmten Farbe zugeordnet ist, so werden nur die optoelektronischen Halbleiterbauelemente aktiv, die die passend zugeordnete Empfängerfrequenz aufweisen. So kann vorteilhaft eine in nahezu beliebiger Farbe emittierende Anordnung gebildet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind optoelektronische Halbleiterbauelemente in einer Mehrzahl von Ebenen übereinander angeordnet. Jede Ebene umfasst
ausschließlich optoelektronische Halbleiterbauelemente, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung der gleichen Farbe eingerichtet sind. Ferner sind die optoelektronischen Halbleiterbauelemente in unterschiedlichen Ebenen zur
Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Farbe eingerichtet. Die Hauptabstrahlrichtungen aller optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind insbesondere parallel ausgerichtet.
Durch die Verwendung einer induktiven Kopplung ist für diesen mehrschichtigen Aufbau eine einfache Kontaktierung möglich, da eine Durchkontaktierung durch die Schichten vorteilhaft entfallen kann. Der mehrschichtige Aufbau ermöglicht
beispielsweise die Herstellung eines dreidimensionalen
Displays, dessen optoelektronische Halbleiterbauelemente beziehungsweise Emitter in der Form eines Würfels angeordnet sein können. Da mit zunehmendem Abstand eines
Empfangselements von der jeweiligen Sendevorrichtung der Kopplungsfaktor zwischen der Sendevorrichtung und dem
Empfangselement abnimmt, kann eine Korrektur der Helligkeit des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterbauelements erforderlich sein.
Diese Korrektur kann durch einen künstlich verschlechterten Kopplungsfaktor, für die optoelektronischen
Halbleiterbauelemente deren Abstand zu der Sendevorrichtung geringer ist, erfolgen. Mit anderen Worten, optoelektronische Halbleiterbauelemente deren Abstand zur Sendevorrichtung geringer ist, als der Abstand von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen aus darüber angeordneten Schichten werden bei einer Frequenz betrieben, die einen entsprechend größeren Abstand von ihrer Empfängerfrequenz aufweist, um so einen schlechteren Kopplungsfaktor zu erzielen. Ferner kann auch die Degradation der Helligkeit eines optoelektronischen Halbleiterbauelements über seine Lebensdauer oder über den Verlauf der Betriebstemperatur nachreguliert werden, indem man den Kopplungsfaktor über die Wahl der Senderfrequenz beeinflusst .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind optoelektronische Halbleiterbauelemente in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und in Gruppen in der Ebene platziert, wobei die optoelektronischen Halbleiterbauelemente einer Gruppe dazu eingerichtet sind, paarweise Licht unterschiedlicher Farbe zu emittieren. Eine Gruppe aus optoelektronischen
Halbleiterbauelementen umfasst beispielsweise
optoelektronische Halbleiterbauelemente die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung einer roten (R) , einer grünen (G) und einer blauen (B) Strahlung eingerichtet sind. Ferner kann eine solche RGB-Gruppe auch ein zusätzliches zur
Emission von weißem (W) Licht eingerichtetes
optoelektronisches Halbleiterbauelement umfassen. Besonders vorteilhaft sind RGB- oder RGBW-Gruppen zur Darstellung von nahezu jeder beliebigen Farbe geeignet. Durch additive
Überlagerung der Grundfarben kann auf einer Farbtafel jeder beliebige Farbort erreicht werden, der sich innerhalb einer Fläche befindet, die von den Farbpunkten der Einzelemitter aufgespannt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Anordnung sind die optoelektronischen Halbleiterbauelemente in einer Ebene unregelmäßig angeordnet. Insbesondere folgen die Ausrichtung und die Anordnung von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen, die zur Emission von
elektromagnetischer Strahlung der gleichen Farbe eingerichtet sind keiner regelmäßigen Gesetzmäßigkeit. Dadurch entfällt vorteilhaft ein Aufwand der exakten Ausrichtung der
optoelektronischen Halbleiterbauelemente auf beispielsweise zuvor vorgegebene Kontaktflächen . Bei einer unregelmäßigen Anordnung von unterschiedlich farbig emittierenden
optoelektronischen Halbleiterbauelementen kann so besonders einfach und effizient eine gute Farbdurchmischung erzielt werden .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer hier beschriebenen
Anordnung,
Figuren 2A und 2B schematische Querschnitte eines hier
beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figuren 3A und 3B schematische Querschnitte eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 4A und 4B schematische Querschnitte eines hier
beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,
Figur 5A eine schematische Draufsicht auf eine hier
beschriebene Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur 5B eine schematische Draufsicht auf eine hier
beschriebene Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ,
Figur 5C eine schematische Draufsicht auf eine hier
beschriebene Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ,
Figur 6 einen schematischen Querschnitt einer hier
beschriebenen Anordnung gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel, und
Figur 7 einen schematischen Querschnitt einer hier
beschriebenen Anordnung gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel .
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer hier
beschriebenen Anordnung 2. Die Anordnung 2 umfasst eine
Sendevorrichtung 30 und zwei Empfangselemente 20. Die
Sendevorrichtung 30 umfasst ein Senderelement 300, das über eine hier nicht dargestellte Ansteuervorrichtung angesteuert ist. Die Sendevorrichtung 30 ist zur Erzeugung eines
elektromagnetischen Wechselfeldes eingerichtet. Jedes der Empfangselemente 20 umfasst eine Spule 200, die dazu
eingerichtet ist, Energie aus dem von der Sendevorrichtung 30 erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen und diese Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln. Die Empfangselemente 20 sind mittels induktiver Kopplung über einen Kopplungsfaktor mit der Sendevorrichtung 30 gekoppelt. Das Senderelement 300 weist einen Radius R auf und die Empfangselemente 20 weisen einen davon abweichenden Radius S auf. Der Kopplungsfaktor wird unter anderem durch die Spulengeometrie der Spule 200 und des Senderelements 300, sowie durch den Abstand D der Spulen 200 zueinander und dem Abstand E der Spulen 200 von dem Senderelement 300
beeinflusst .
Jedem Empfangselement 20 ist eine Empfängerfrequenz
zugeordnet, die sich unter anderem aus der Resonanzfrequenz der Spule 200 ergibt. Wird durch die Sendevorrichtung 30 ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer Senderfrequenz erzeugt, die der Empfängerfrequenz entspricht, so ist der Kopplungsfaktor maximal. Bei zwei oder mehreren
Empfangselementen 20 innerhalb des elektromagnetischen
Wechselfeldes der Sendevorrichtung 30 kann sich eine
gemeinsame Empfängerfrequenz ergeben, die von der Empfängerfrequenz jedes einzelnen Empfangselements 20
abweicht .
Figur 2A zeigt einen schematischen Querschnitt eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, in dem ein aktiver Bereich 100 angeordnet ist, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Der
Halbleiterkörper 10 verfügt über eine Hauptabstrahlfläche A, die zur Auskopplung eines Großteils der im Betrieb in dem aktiven Bereich 100 erzeugten elektromagnetischen Strahlung dient. Auf der der Hauptabstrahlfläche A gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers 10 ist ein Empfangselement 20 angeordnet. Das Empfangselement 20 umfasst eine Spule 200, die elektrisch leitend mit dem Halbleiterkörper 10 verbunden ist. Die Spule 200 ist dazu eingerichtet, Energie aus einem elektromagnetischen Wechselfeld zu entnehmen, diese zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln und dem
Halbleiterkörper 10 zur Verfügung zu stellen.
Der Halbleiterkörper 10 nutzt diese elektrische Energie zur Bestromung des aktiven Bereichs 100. Das Empfangselement 20 und der Halbleiterkörper 10 sind vollständig in einer
Formmasse 80 verkapselt. Die Formmasse 80 schützt den
Halbleiterkörper 10 und das Empfangselement 20 vor äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Oxidation und mechanischen Beschädigungen. Die Formmasse 80 ist mit einem Silikon- oder Epoxidmaterial gebildet. Die Formmasse 80 ist durchlässig für die in dem aktiven Bereich 100 im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung und insbesondere transparent . Figur 2B zeigt einen schematischen Querschnitt eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die in Figur 2B
dargestellte schematische Querschnittsansicht entspricht einem Querschnitt durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement 1 gemäß dem in Figur 2A gezeigten
Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entlang der ersten
Schicht Sl. Die dargestellte erste Schicht S1 zeigt das
Empfangselement 20, welches mit einer Spule 200 gebildet ist. Die Spule 200 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf und ist mit einem elektrisch leitenden Material gebildet. Die Spule 200 weist eine Windung auf. An den beiden Enden der Spule 200 ist jeweils eine elektrische Kontaktfläche
vorgesehen, aus der die in der Spule 200 aufgenommene
elektrische Energie entnommen werden kann. Mittels dieser Kontaktflächen ist der Halbleiterkörper 10 elektrisch leitend mit der Spule 200 verbunden.
Figur 3A zeigt einen schematischen Querschnitt eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem aktiven Bereich 100 und einer Hauptabstrahlfläche A.
Auf der der Hauptabstrahlfläche A entgegenliegenden Seite ist ein Empfangselement 20 angeordnet. Das Empfangselement 20 umfasst eine Anordnung von mehreren Windungen einer Spule 200 in zwei Schichten Sl, S2. Die erste Spule 200 befindet sich in der ersten Schicht Sl und die zweite Spule 200 befindet sich in der zweiten Schicht S2 unterhalb der ersten Schicht Sl. Zwischen den Schichten Sl und S2 ist eine
Isolationsschicht 40 angeordnet, die mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Die erste Windung der Spule 200 in der ersten Schicht Sl ist mit der zweiten Windung der Spule 200 in der zweiten Schicht S2 elektrisch leitend verbunden über eine Durchkontaktierung 210, die die Isolationsschicht 40 vollständig durchdringt. Alternativ kann die Spule 200 auch in nur einer Schicht mehrere Windungen aufweisen, indem die Spule 200 beispielsweise spiralförmig ausgeführt ist.
Figur 3B zeigt einen schematischen Querschnitt eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die in Figur 3B dargestellte schematische Querschnittsansicht entspricht einem Querschnitt durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement 1 gemäß dem in Figur 3A gezeigten
Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entlang der ersten
Schicht S1 und der zweiten Schicht S2. Die erste Schicht S1 umfasst eine Spule 200, die eine Windung aufweist. In der zweiten Schicht S2 ist eine weitere Windung einer Spule 200 dargestellt. Die Schichten S1 und S2 weisen eine
Durchkontaktierung 210 auf, die die einzelnen Windungen elektrisch leitend miteinander verbindet. Die
Durchkontaktierung 210 ermöglicht die einfache Herstellung einer Spule 200 mit zwei Windungen aus zwei einzelnen
Windungen in den unterschiedlichen Schichten S1 und S2.
Figur 4A zeigt einen schematischen Querschnitt eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem aktiven Bereich 100 und einer Hauptabstrahlfläche A.
Auf der der Hauptabstrahlfläche A abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 10 ist ein Empfangselement 20 angeordnet, das mehrere Windungen einer Spule 200 in mehreren Schichten Sl, S2 und S3 umfasst. In jeder der Schichten Sl, S2, S3 ist eine Spule 200 mit einer Windung angeordnet, die über zwei Durchkontaktierungen 210 elektrisch leitend miteinander verbunden sind und so zusammen eine Spule 200 mit drei
Windungen bilden. Die erste Schicht S1 ist von der zweiten Schicht S2 mittels einer Isolationsschicht 40 elektrisch isoliert. Die zweite Schicht S2 ist von der dritten Schicht S3 mittels einer Isolationsschicht 40 elektrisch isoliert.
Figur 4B zeigt einen schematischen Querschnitt eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die in Figur 4B dargestellte schematische Querschnittsansicht entspricht einem Querschnitt durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement 1 gemäß dem in Figur 4A gezeigten
Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entlang der ersten
Schicht Sl, der zweiten Schicht S2 und der dritten Schicht S3. In der jeweiligen Schicht Sl, S2 und S3 ist eine
kreisförmige Windung einer Spule 200 dargestellt. Alle
Schichten Sl, S2, S3 sind jeweils mittels einer
Isolationsschicht 40 Schicht voneinander elektrisch isoliert. Die Schichten weisen jeweils Durchkontaktierungen 210 auf, die es ermöglichen eine Spule 200 mit drei Windungen
herzustellen .
Figur 5A zeigt eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Anordnung 2 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 2 umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1, die zur Emission von Licht einer unterschiedlichen Farbe eingerichtet sind. Die hier dargestellten optoelektronischen
Halbleiterbauelemente 1 sind zur Emission von rotem R, grünem G und blauem B Licht eingerichtet. Die Platzierung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 erfolgt auf einem Träger 50, der eine mechanisch stabilisierende Wirkung aufweist. Die Platzierung und Ausrichtung der
optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 erfolgt
unregelmäßig. Mit anderen Worten, die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 sind nicht entsprechend einem
regelmäßigen Muster angeordnet und ausgerichtet. Die
optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 sind mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes mit Energie versorgt. Eine Ausrichtung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 auf eine beispielsweise durch den Träger 50 vorgegebene elektrische Kontaktfläche entfällt somit vorteilhaft.
Vorliegend kann durch diese Platzierung eine besonders gute Durchmischung der einzelnen Farben erfolgen. Somit kann vorteilhaft ein besonders gleichmäßiger Weißeindruck für einen Betrachter entstehen.
Figur 5B zeigt eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Anordnung 2 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 2 umfasst einen Träger 50, auf dem eine Mehrzahl von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1 angeordnet ist. Die
optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 sind entsprechend einem regelmäßigen Muster angeordnet und sortiert nach der Farbe der elektromagnetischen Strahlung, zu dessen Emission sie eingerichtet sind. In dem mit B bezeichneten Bereich befinden sich nur optoelektronische Halbleiterbauelemente die zur Emission von blauem Licht eingerichtet sind. In dem mit G bezeichneten Bereich befinden sich nur optoelektronische Halbleiterbauelemente die zur Emission von grünem Licht eingerichtet sind. In dem mit R bezeichneten Bereich befinden sich nur optoelektronische Halbleiterbauelemente die zur Emission von rotem Licht eingerichtet sind. Somit lässt sich vorteilhaft beispielsweise ein Display oder eine andere
Anzeigevorrichtung realisieren.
Figur 5C zeigt eine schematische Draufsicht auf eine hier beschriebene Anordnung 2 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 2 umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1, die jeweils zur Emission von elektromagnetischer Strahlung mit
unterschiedlicher Farbe eingerichtet sind. Dabei handelt es sich um optoelektronische Halbleiterbauelemente 1, die zur Emission von rotem R, grünem G, blauem B und weißem W Licht eingerichtet sind. Eine solche RGBW-Gruppe kann
beispielsweise zur Erzeugung eines besseren Weißeindrucks bei einem Betrachter beitragen.
Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer hier beschriebenen Anordnung 2 gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 2 umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1, die in zwei Schichten übereinander angeordnet sind und eine
Sendevorrichtung 30. In jeder der dargestellten Schichten aus optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 ist eine Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 angeordnet, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung der gleichen Farbe eingerichtet sind. Die erste Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 entspricht der der Sendevorrichtung 30 abgewandten Schicht aus
optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1. Die erste Gruppe ist zur Emission von blauem B Licht eingerichtet, während die darunterliegende Schicht aus optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1 der zweiten Gruppe zur Emission von grünem G Licht eingerichtet ist. Die optoelektronischen
Halbleiterbauelemente 1, der ersten Gruppe weisen eine gleiche Empfängerfrequenz auf. Die optoelektronischen
Halbleiterbauelemente 1, der zweiten Gruppe weisen eine gleiche Empfängerfrequenz auf. Die Empfängerfrequenz der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 der ersten Gruppe unterscheidet sich von der Empfängerfrequenz der
optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 der zweiten
Gruppe. Die Sendevorrichtung 30 umfasst zwei Senderelemente 300. Jedes der Senderelemente 300 ist auf die
Empfängerfrequenz einer der Gruppen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 eingerichtet. So lässt sich
vorteilhaft eine individuelle Ansteuerung der Schichten aus optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 mittels der zwei Senderelementen 300 erzielen. Durch die Steuerung der
Helligkeit der ersten und der zweiten Gruppe von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 kann vorteilhaft eine Mischfarbe der erzeugten elektromagnetischen Strahlung gewählt werden, die zwischen den Farborten der grün G und der blau B emittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1.
Figur 7 zeigt einen schematischen Querschnitt einer hier beschriebenen Anordnung 2 gemäß dem fünften
Ausführungsbeispiel. Die Anordnung 2 weist zwei Schichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 auf, die zur Emission von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Farbe eingerichtet sind. Die Schichten sind übereinander angeordnet. Weiter umfasst die Anordnung 2 eine
Sendevorrichtung 30, die ein Senderelement 300 aufweist. Die Anordnung 2 weist drei verschiedene Gruppen von
optoelektronischen Halbleiterbauelementen auf. Eine erste Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 ist zur Emission von blauem B Licht eingerichtet. Eine zweite Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 ist zur Emission von grünem G Licht eingerichtet. Eine dritte Gruppe von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 ist zur Emission von rotem R Licht eingerichtet. Die
optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 jeder Gruppe weisen eine gemeinsame Empfängerfrequenz auf. Die
Empfängerfrequenzen der verschiedenen Gruppen sind
verschieden voneinander. Die Sendevorrichtung 30 ist dazu eingerichtet ein elektromagnetisches Wechselfeld mit
verschiedenen Sendefrequenzen zu erzeugen, die den
Empfängerfrequenzen der Gruppen von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1 entsprechen.
Die Sendevorrichtung 30 erzeugt elektromagnetische
Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen sequentiell. Mit anderen Worten, es werden in einer zeitlichen Abfolge
hintereinander elektromagnetische Wechselfelder verschiedener Frequenzen erzeugt, die jeweils auf die Empfängerfrequenzen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 abgestimmt sind. So lässt sich jede Gruppe von optoelektronischen
Halbleiterbauelementen 1 einer bestimmten Farbe mittels der Sendevorrichtung 30 und dem einen Senderelement 300
individuell ansteuern. Die Anordnung 2 kann jede beliebige Mischfarbe emittieren, die sich auf einer Farbtafel innerhalb einer Fläche befindet, die von den Farborten der einzelnen Gruppen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 aufgespannt ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018129003.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
2 Anordnung
10 Halbleiterkörper
100 aktiver Bereich
20 Empfangselernent
200 Spule
210 Durchkontaktierung
30 Sende V orrichtung
300 Senderelement
40 IsolationsSchicht
50 Träger
80 Formmasse
A Hauptabstrahlfläche
D Abstand der Empfangselemente
E Abstand der Sendevorrichtung von den
Empfangselernenten
R Radius des Senderelements
S Radius der Spule
51 erste Schicht
52 zweite Schicht
53 dritte Schicht