STRAHLUNGSEMITTIERENDE VORRICHTUNG UND PROJEKTOR DAMIT

Es wird eine strahlungsemittierende Vorrichtung angegeben. Darüber hinaus wird ein Projektor angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine strahlungsemittierende Vorrichtung mit einer hohen Leuchtdichte anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Projektor mit einer solchen strahlungsemittierenden Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände des unabhängigen Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung ein optoelektronisches Bauelement zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung. Dazu umfasst das Bauelement insbesondere einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich. Bei der ersten Strahlung handelt es sich um eine im aktiven Bereich erzeugte Primärstrahlung und/oder um eine durch Konversion der Primärstrahlung im Bauelement erzeugte Sekundärstrahlung.

Der Halbleiterkörper des Bauelements basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al _n In _] __ _n-m Ga _m N, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al _n In _] __ _n-m Ga _m P, oder um ein Arsenid-

Verbindungshalbleitermaterial , wie Al _n In _] __ _n-m Ga _m As oder Al _n In _] __ _n-m Ga _m AsP, wobei jeweils 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann der Halbleiterkörper Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters des Halbleiterkörpers, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf AlInGaN.

Der aktive Bereich des Halbleiterkörpers beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi- QuantentopfStruktur, kurz MQW. Zum Beispiel erzeugt der aktive Bereich im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich.

Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich zum Beispiel um einen Halbleiterchip oder um ein sogenanntes Chip-Size-Package-Bauelement . Sowohl bei einem Halbleiterchip als auch bei einem Chip-Size-Package-Bauelement entsprechen dessen laterale Abmessungen, gemessen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers, im Wesentlichen den lateralen Abmessungen des Halbleiterkörpers. Insbesondere sind die lateralen Abmessungen des Bauelements dann um höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % größer als die des Halbleiterkörpers. Quer zur Haupterstreckungsebene verlaufende Seitenflächen des Bauelements können Spuren eines Vereinzelungsprozesses, welche aus einer Vereinzelung aus einem Waferverbund resultieren, aufweisen. Bei einem Chip-Size-Package- Bauelement sind die Seitenflächen aus einem Vergussmaterial, wie Epoxid.

Bei der im Betrieb vom Bauelement erzeugten und emittierten ersten Strahlung handelt es sich insbesondere um inkohärente Strahlung. Das Bauelement ist insbesondere eine Leuchtdiode (LED) oder ein Leuchtdiodenchip (LED-Chip).

Das Bauelement kann frei von dem Aufwachssubstrat sein, auf dem der Halbleiterkörper gewachsen ist. Dann handelt es sich bei dem Bauelement insbesondere um einen Dünnfilmchip beziehungsweise um ein Bauelement mit einem Dünnfilmchip.

Das Bauelement kann pixeliert sein, derart dass der Halbleiterkörper mehrere einzeln und unabhängig ansteuerbare Emissionsbereiche (Pixel) umfasst. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper in zumindest vier oder zumindest zehn oder zumindest 50 Emissionsbereiche unterteilt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung ein Konversionselement mit einer Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche. Die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche liegen bevorzugt einander gegenüber und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Das Konversionselement kann insbesondere plättchenförmig ausgebildet sein, wobei die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche dann die Hauptseiten des Plättchens bilden. Eine Dicke des Konversionselements, gemessen als Abstand zwischen der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche, beträgt beispielsweise zumindest 10 pm und/oder höchstens 1 mm. Das Konversionselement umfasst oder besteht aus einem oder mehreren Konversionsmaterialien. Beispielsweise handelt es sich bei dem Konversionselement um ein keramisches Konversionselement. Alternativ kann das Konversionselement aber auch ein Matrixmaterial, zum Beispiel aus Silikon oder Polysiloxan, umfassen, in der Partikel aus einem oder mehreren Konversionsmaterialien verteilt und eingebettet sind. Das Konversionsmaterial kann beispielsweise ein Granat oder ein Nitrid oder ein Oxid oder ein Oxynitrid sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen dielektrischen Spiegel auf der Austrittsfläche. Bei dem dielektrischen Spiegel handelt es sich zum Beispiel um eine periodische Struktur, also einen Bragg-Spiegel, oder um eine nicht periodische Struktur.

Der dielektrische Spiegel kann unmittelbar auf der Austrittsfläche angeordnet sein oder mittelbar auf der Austrittsfläche befestigt sein. Ein Abstand zwischen dem dielektrischen Spiegel und der Austrittsfläche ist bevorzugt geringer als die Dicke des Konversionselements.

Der dielektrische Spiegel umfasst bevorzugt mehrere, zum Beispiel zumindest zwei oder zumindest vier oder zumindest zehn oder zumindest 50 oder zumindest 100, dielektrische Schichten, die bezüglich der Austrittsfläche übereinander gestapelt sind. Die dielektrischen Schichten des dielektrischen Spiegels sind beispielsweise abwechselnd hochbrechend und niedrigbrechend. Dabei unterscheidet sich der Brechungsindex einer hochbrechenden Schicht von dem einer niedrigbrechenden Schicht um zumindest 0,1 oder zumindest 0,3 oder zumindest 0,5 oder zumindest 1,0. Beispielsweise weisen die niedrigbrechenden Schichten einen Brechungsindex von höchstens 2 auf. Die hochbrechenden Schichten weisen beispielsweise einen Brechungsindex von zumindest 2,3 auf.

Die Werte für den Brechungsindex sind hier für die erste Strahlung angegeben.

Beispielsweise wechseln sich in dem dielektrischen Spiegel die dielektrischen Schichten derart ab, dass zwischen je zwei hochbrechenden Schichten eine niedrigbrechende Schicht liegt und umgekehrt. Bei einer periodischen Struktur sind die Dicken aller dielektrischen Schichten im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich. Bei einer nicht-periodischen Struktur variieren die Dicken der dielektrischen Schichten.

Die niedrigbrechenden Schichten umfassen oder bestehen beispielsweise aus zumindest einem der folgenden Materialien: SiOg, SiN, SiON, MgFg. Die hochbrechenden Schichten umfassen oder bestehen beispielsweise aus zumindest einem der folgenden Materialien: NbgOg, TiOg, ZrOg, HfOg, AlgO , TagOg,

ZnO. Die Dicken der dielektrischen Schichten betragen beispielsweise jeweils zwischen einschließlich 10 nm und 300 nm.

In einer Draufsicht betrachtet überdeckt der dielektrische Spiegel die Austrittsfläche des Konversionselements größtenteils, zum Beispiel zu zumindest 80 %, oder vollständig.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass im Betrieb vom Bauelement emittierte erste Strahlung über die Eintrittsfläche in das Konversionselement eintritt. Beispielsweise ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass ein Großteil, zum Beispiel zumindest 75 % oder zumindest 90 %, der von Bauelement emittierten ersten Strahlung auf die Eintrittsfläche trifft. Über die Eintrittsfläche gelangt die erste Strahlung dann ins Innere des Konversionselements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement zur Konversion der ersten Strahlung in eine zweite elektromagnetische Strahlung eingerichtet. Anschließend tritt die zweite Strahlung über die Austrittsfläche aus dem Konversionselement aus.

Die zweite Strahlung ist bezüglich der ersten Strahlung rot verschoben. Beispielsweise ist die Wellenlänge, bei der die zweite Strahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist, bezüglich der Wellenlänge, bei der die erste Strahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist, um zumindest 50 nm oder zumindest 100 nm rot verschoben. Die zweite Strahlung ist bevorzugt ebenfalls Strahlung im sichtbaren Spektralbereich. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Strahlung um blaues Licht und bei der zweite Strahlung um grünes Licht.

Das Konversionselement kann zur teilweisen oder vollständigen Konversion der eingetretenen ersten Strahlung eingerichtet sein. Nach der Konversion tritt zumindest ein Großteil, beispielsweise zumindest 75 % oder zumindest 90 %, der erzeugten zweiten Strahlung über die Austrittsfläche aus dem Konversionselement aus.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel für zweite Strahlung, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, durchlässig und für zweite Strahlung, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel trifft, reflektierend. Der dielektrische Spiegel kann bei allen Einfallswinkeln für die erste Strahlung reflektierend oder durchlässig sein. Der erste Winkelbereich und der zweite Winkelbereich überlappen bevorzugt nicht.

Einfallswinkel werden hier als Winkel zu einer Normalen auf den dielektrischen Spiegel gemessen. Unter einer Normalen auf einen dielektrischen Spiegel ist eine Normale auf die Haupterstreckungsebene des dielektrischen Spiegels zu verstehen.

Unter „durchlässig" wird hier und im Folgenden verstanden, dass ein Element mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99 % einer Strahlung transmittiert oder durchlässt. Unter „reflektierend" wird verstanden, dass ein Element mehr als 75 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99 % einer Strahlung reflektiert.

Die Begriffe „vorgegebener erster Winkelbereich" und „vorgegebener zweiter Winkelbereich" beziehen sich darauf, dass beim Design eines dielektrischen Spiegels der Winkelbereich, in dem dieser durchlässig ist, und der Winkelbereich, in dem dieser reflektierend ist, durch Auswahl der Materialien der dielektrischen Schichten und der Dicke der dielektrischen Schichten präzise und wunschgemäß eingestellt werden kann. Insofern können die Winkelbereiche für Transmission und Reflexion vorgegeben oder gewählt oder bestimmt werden.

Da ein dielektrischer Spiegel üblicherweise für Strahlung einer Wellenlänge beziehungsweise eines engen Bereichs um diese Wellenlänge optimiert ist, beziehen sich hier und im Folgenden gemachten Angaben bezüglich der Reflexion und der Transmission eines Spiegels für eine Strahlung insbesondere auf diejenige Wellenlänge, bei der die Strahlung ein globales Intensitätsmaximum aufweist.

In mindestens einer Ausführungsform der strahlungsemittierenden Vorrichtung umfasst diese ein optoelektronisches Bauelement zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung, ein Konversionselement mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche und einen dielektrischen Spiegel auf der Austrittsfläche. Die Vorrichtung ist so eingerichtet, dass im Betrieb vom Bauelement emittierte erste Strahlung über die Eintrittsfläche in das Konversionselement eintritt. Das Konversionselement ist zur Konversion der ersten Strahlung in eine zweite elektromagnetische Strahlung eingerichtet, die anschließend über die Austrittsfläche aus dem Konversionselement austritt. Der dielektrische Spiegel ist für zweite Strahlung, die mit Einfallswinkeln in einem vorgegebenen ersten Winkelbereich auftrifft, durchlässig und für zweite Strahlung, die mit Einfallswinkel in einem vorgegebenen zweiten Winkelbereich auftrifft, reflektierend.

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde, dass für Projektionsanwendungen eine möglichst hohe Leuchtdichte in der Anwendung benötigt wird. Dabei kann nur Strahlung in einem begrenzten Winkelkegel genutzt werden, der vor allem über das dem Konversionselement nachfolgende optische System definiert wird. Eine Strahlungsquelle mit möglichst engwinkliger Abstrahlcharakteristik, wie sie durch die vorliegende Kombination aus Bauelement,

Konversionselement und dielektrischem Spiegel realisiert ist, kann in der Anwendung eine höhere Leuchtdichte liefern. Da in diesem Fall auch wenig Strahlung in Raumwinkel emittiert wird, die in der Anwendung nicht genutzt werden können oder sogar stören, kann eine bessere Abbildungsqualität mit weniger Streulicht erzielt werden. Dadurch werden die Vorrichtung insgesamt und insbesondere das dem Konversionselement nachgeordnete optische Systeme weniger stark durch die Absorption von Strahlung, die in der Anwendung nicht genutzt werden kann, erhitzt.

Insbesondere für Projektionslösungen mit LEDs wird typischerweise grünes Licht zur Vollkonversion von blauem Licht in einem Konversionselement erzeugt. Verbesserungen der Abstrahlcharakteristik, die vor dem Konversionselement, beispielsweise auf Bauelementebene erzielt werden, können deshalb für grünes Licht nicht voll ausgenutzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Abstrahlcharakteristik nach der Strahlungskonversion verbessert, wodurch sich die Vorrichtung insbesondere für die Erzeugung von grünem Licht bei Projektionsanwendungen eignet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der erste Winkelbereich alle Einfallswinkel zwischen einschließlich 0° und ex, gemessen zu einer Normalen auf den dielektrischen Spiegel. Der erste Winkelbereich bildet also einen Kegel mit der Normalen als Rotationsachse und einem Öffnungswinkel von 2· . hat beispielsweise einen Wert von höchstens 75° oder höchstens 60° oder höchstens 45° oder höchstens 30° oder höchstens 20° oder höchstens 10°. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Wert für beispielsweise zumindest 5° oder zumindest 10°.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der zweite Winkelbereich alle Einfallswinkel von mindestens ß, gemessen zur Normalen auf den dielektrischen Spiegel, wobei ß > gilt. Bevorzugt ist ß zumindest 1° oder zumindest 5° oder zumindest 10° größer als a. Alternativ oder zusätzlich ist ß höchstens 10° oder höchstens 5° größer als a. Bevorzugt umfasst der zweite Winkelbereich alle Einfallswinkel zwischen einschließlich ß und 90°.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der dielektrische Spiegel einen Transmissionsgrad von zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder zumindest 99 % für mit Einfallswinkeln im ersten Winkelbereich auftreffende zweite Strahlung und einen Reflexionsgrad von zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder zumindest 99 % für mit Einfallswinkeln im zweiten Winkelbereich auftreffende zweite Strahlung auf. Die angegebenen Werte des Transmissionsgrads und des Reflexionsgrads für die zweite Strahlung gelten besonders bevorzugt für alle Einfallswinkel in dem jeweiligen Winkelbereich .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das

Konversionselement zur Vollkonversion der ersten Strahlung in die zweite Strahlung eingerichtet. Insbesondere ist dann zumindest 95 % oder zumindest 99 % der im bestimmungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung über die Austrittsfläche aus dem Konversionselement austretenden Strahlung zweite Strahlung und höchstens 5 % oder höchstens 1 % erste Strahlung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung weiter ein optisches Element, das dem Konversionselement und dem dielektrischen Spiegel nachgeordnet ist und zur Umlenkung der zweiten Strahlung eingerichtet ist. Bei dem optischen Element kann es sich um eine Linse oder ein Linsensystem oder ein Prisma oder ein Prismensystem oder einen Strahlteiler oder einen (halbdurchlässigen) Spiegel oder eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser Elemente handeln. Insbesondere ist das optische Element dazu eingerichtet, die über die Austrittsfläche aus dem Konversionselement austretende und durch den dielektrischen Spiegel gelangende zweite Strahlung auf eine Projektionsfläche, beispielsweise auf eine Leinwand, zu richten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement Streuzentren zur Umverteilung der vom dielektrischen Spiegel in das Konversionselement zurückreflektierten Strahlung auf.

Bei den Streuzentren kann es sich um Streupartikel handeln, die in dem Konversionselement verteilt sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Streupartikeln um Partikel aus einem Oxid oder einem Nitrid oder einem Phosphid, zum Beispiel aus TiOg oder SiN oder AlgO . Alternativ oder zusätzlich können Streuzentren durch Zonengrenzen im Konversionselement realisiert sein. Diese können beim Sintern des Konversionselements durch Fremdphasen oder Poren gezielt erzeugt werden. Dies wird zum Beispiel durch Varianten in der Schlickermischung und durch eine ausgewählte Prozessführung erreicht .

Alternativ oder zusätzlich zu Streuzentren im Inneren des Konversionselements können aber auch die Austrittsfläche und/oder die Eintrittsfläche des Konversionselements strukturiert sein. Eine mittlere Rauheit der Eintrittsfläche und/oder Austrittsfläche beträgt dann beispielsweise zumindest 200 nm oder zumindest500 nm oder zumindest 1000 nm. Auf die strukturierte Austrittsfläche und/oder Eintrittsfläche kann jeweils eine Planarisierungsschicht aufgebracht sein, die an einer dem Konversionselement abgewandten Seite planar und/oder glatt ist. Die Planarisierungsschicht kann dabei direkt auf die Austrittsfläche und/oder Eintrittsfläche aufgebracht sein. Die Planarisierungsschicht umfasst bevorzugt ein für die erste und/oder zweite Strahlung transparentes Material, wie zum Beispiel Siliziumdioxid (SiOg)· Die

Planarisierungsschicht vereinfacht und verbessert die Aufbringung von dielektrischen Spiegeln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der Eintrittsfläche des Konversionselements ein zweiter Spiegel angeordnet. Der zweite Spiegel kann unmittelbar auf der Eintrittsfläche angeordnet oder mittelbar auf der Eintrittsfläche befestigt sein. Zum Beispiel ist ein Abstand zwischen dem zweiten Spiegel und der Eintrittsfläche höchstens die Dicke des Konversionselements. Der zweite Spiegel ist insbesondere so angeordnet, dass die erste Strahlung aus dem Bauelement den zweiten Spiegel durchquert bevor sie ins Konversionselement gelangt.

Der zweite Spiegel kann ein dielektrischer Spiegel sein und kann dann wie der zuvor beschriebene dielektrische Spiegel mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Alle im Zusammenhang mit dem dielektrischen Spiegel offenbarten Merkmale bezüglich dessen Aufbau sind auch für den zweiten Spiegel offenbart. In einer Draufsicht auf die Eintrittsfläche betrachtet überdeckt der zweite Spiegel bevorzugt einen Großteil, beispielsweise zumindest 80 % der Eintrittsfläche, oder die gesamte Eintrittsfläche. Der zuvor beschriebene dielektrische Spiegel auf der Austrittsfläche kann im Folgenden auch als erster dielektrischer Spiegel bezeichnet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Spiegel reflektierend für die zweite Strahlung und durchlässig für die erste Strahlung. Dies gilt bevorzugt für alle Einfallswinkel. Auf diese Weise wird verhindert, dass in dem Konversionselement erzeugte zweite Strahlung das Konversionselement über die Eintrittsfläche verlässt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der Austrittsfläche ein dritter Spiegel angeordnet. Der dritte Spiegel ist bevorzugt zwischen dem (ersten) dielektrischen Spiegel und der Austrittsfläche angeordnet. Alternativ kann der dritte Spiegel auch auf der vom Konversionselement abgewandten Seite des (ersten) dielektrischen Spiegels angeordnet sein.

Der dritte Spiegel kann unmittelbar auf der Austrittsfläche angeordnet oder mittelbar auf der Austrittsfläche befestigt sein. In Draufsicht betrachtet überdeckt der dritte Spiegel bevorzugt einen Großteil der Austrittsfläche, beispielsweise zumindest 80 % der Austrittsfläche, oder die gesamte Austrittsfläche .

Der dritte Spiegel kann ein dielektrischer Spiegel sein und kann dann wie der zuvor beschriebene dielektrische Spiegel mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Alle im Zusammenhang mit dem dielektrischen Spiegel bezüglich dessen Aufbau offenbarten Merkmale sind auch für den dritten Spiegel offenbart .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dritte Spiegel reflektierend für die erste Strahlung. Bevorzugt gilt dies für alle Einfallswinkel. Durch einen solchen dritten Spiegel wird verhindert, dass nicht konvertierte erste Strahlung das Konversionselement über die Austrittsfläche verlässt. Der dritte Spiegel ist zudem durchlässige für die zweite Strahlung, bevorzugt für alle Einfallswinkel oder nur für Einfallswinkel im ersten Winkelbereich.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel reflektierend für die erste Strahlung. Dies gilt dann bevorzugt bei allen Einfallswinkeln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement beabstandet zu dem Bauelement angeordnet. Im Betrieb der Vorrichtung legt die erste Strahlung, die von dem Bauelement kommt, dann zum Beispiel zunächst eine Strecke durch Luft oder einen Lichtleiter zurück bevor Sie auf das Konversionselement trifft. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Konversionselement um ein so genanntes Remote- Konversionselement .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement mittelbar oder unmittelbar auf dem Bauelement angeordnet. Zum Beispiel überdeckt in Draufsicht betrachtet das Konversionselement einen Großteil, beispielsweise zumindest 80 % oder 100 %, einer Emissionsfläche des Bauelements, über die im Betrieb ein Großteil der ersten Strahlung aus dem Bauelement ausgekoppelt wird. Ein Abstand zwischen dem Konversionselement und dem Halbleiterkörper des Bauelements ist dann beispielsweise höchstens so groß wie die Dicke des Konversionselements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung ein zweites optoelektronisches Bauelement zur Emission einer dritten elektromagnetischen Strahlung. Das zweite Bauelement kann wie das zuvor beschriebene Bauelement, im Folgenden auch teilweise als erstes Bauelement bezeichnet, ein Halbleiterchip, insbesondere ein LED-Chip, oder ein Chip- Size-Package-Bauelement , beispielsweise eine Leuchtdiode, sein. Insbesondere umfasst auch das zweite Bauelement einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, in dem im Betrieb eine Primärstrahlung erzeugt wird, die dann, eventuell nach einer Konversion im Bauelement, die dritte Strahlung bildet. Alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für das zweite optoelektronische Bauelement offenbart.

Die vom zweiten Bauelement emittierte dritte Strahlung kann mit der ersten Strahlung größtenteils überlappen oder im Wesentlichen identisch zur ersten Strahlung sein.

Insbesondere handelt es sich bei der dritten Strahlung bevorzugt um Licht derselben Farbe wie bei der ersten Strahlung. Der Halbleiterkörper des zweiten Bauelements kann auf demselben Materialsystem basieren und/oder im Wesentlichen identisch aufgebaut sein wie der

Halbleiterkörper des ersten Bauelements. Bevorzugt emittieren das erste Bauelement und das zweite Bauelement jeweils blaues Licht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass im Betrieb vom zweiten Bauelement emittierte dritte Strahlung über die Austrittsfläche des Konversionselements in das Konversionselement eindringt. Das heißt, das Konversionselement wird beidseitig beleuchtet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement zur Konversion der dritten Strahlung eingerichtet. Bevorzugt wird die dritte Strahlung in die zweite Strahlung konvertiert. Das Konversionselement kann zur Vollkonversion der dritten Strahlung eingerichtet sein. Insgesamt kann so die Leuchtdichte verbessert werden und es kann mehr zweite Strahlung erzeugt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel für die dritte Strahlung durchlässig. Bevorzugt ist der dielektrische Spiegel für die dritte Strahlung bei allen Einfallswinkel durchlässig. Insbesondere sind dann auf der Austrittsfläche keine Elemente angeordnet, die für die dritte Strahlung reflektieren sind, so dass die dritte Strahlung möglichst ungehindert in das Konversionselement eindringen kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der Austrittsfläche eine Antireflexbeschichtung für die dritte Strahlung aufgebracht. Die Antireflexbeschichtung ist bevorzugt so eingerichtet, dass höchstens 10 % oder höchstens 5 % der dritten Strahlung von der Antireflexbeschichtung reflektiert werden und mindestens 90 % oder mindestens 95 % durch die Antireflexbeschichtung durchtreten.

Darüber hinaus wird ein Projektor angegeben. Der Projektor umfasst insbesondere eine hier beschriebene strahlungsemittierende Vorrichtung. Bevorzugt ist die strahlungsemittierende Vorrichtung dann so eingerichtet, dass sie grünes Licht emittiert. Das heißt, bei der zweiten Strahlung handelt es sich bevorzugt um grünes Licht. Der Projektor kann darüber hinaus ein oder mehrere optoelektronische Bauelemente umfassen, die im Betrieb weitere Farben, beispielsweise rotes Licht und blaues Licht erzeugen. Insbesondere umfasst der Projektor zusätzlich ein optoelektronisches Bauelement zur Erzeugung von rotem Licht und ein optoelektronisches Bauelement zu Erzeugung von blauem Licht. Diese beiden optoelektronischen Bauelemente können das jeweilige Licht intrinsisch im Halbleiterkörper erzeugen, ohne dass von Konversionselementen Gebrauch gemacht wird.

Das rote und blaue Licht von den beiden weiteren optoelektronischen Bauelementen und das grüne Licht, das aus dem Konversionselement kommt, kann über ein gemeinsames optisches Element oder verschiedene optische Elemente auf eine Projektionsfläche, insbesondere eine Leinwand, projiziert werden. Das oder die optischen Elemente umfassen zum Beispiel bilderzeugende Elemente, wie eine sogenannte Digital Mirror Device, kurz DMD, und/oder ein Linsensystem und/oder ein Spiegelsystem.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der strahlungsemittierenden Vorrichtung ergeben sich aus den folgenden im Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen: Figuren 1 bis 6 verschiedene Ausführungsbeispiele der strahlungsemittierenden Vorrichtung,

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel eines Projektors.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 umfasst ein optoelektronisches Bauelement 1, vorliegend eine Leuchtdiode (LED), die im Betrieb erste Strahlung in Form von blauem Licht emittiert.

Dem Bauelement 1 ist in Strahlrichtung ein plättchenförmiges Konversionselement 2 nachgeordnet, das eine Eintrittsfläche 20 und einer Austrittsfläche 21 umfasst. Bei dem Konversionselement 2 handelt es sich beispielsweise um ein keramisches Konversionselement aus gesintertem Konversionsmaterial. Die erste Strahlung aus dem Bauelement 1 tritt über die Eintrittsfläche 20 in das Konversionselement 2 ein und wird dort teilweise oder vollständig in zweite Strahlung, beispielsweise grünes Licht, konvertiert. Die zweite Strahlung kann dann über die Austrittsfläche 21 aus dem Konversionselement 2 austreten.

Auf der Austrittsfläche 21 ist ein dielektrischer Spiegel 3 angeordnet, der eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes umfasst. Der dielektrische Spiegel 3 ist so eingerichtet, dass er für zweite Strahlung, die mit Einfallswinkeln in einem ersten Winkelbereich zwischen einschließlich 0° und auftrifft, durchlässig ist und für zweite Strahlung, die mit Einfallswinkeln in einem zweiten Winkelbereich außerhalb des ersten Winkelbereichs (von ß bis 90°) auftrifft, reflektierend ist. Vorliegend beträgt der Wert für beispielsweise 30°. Der Wert für ß beträgt beispielsweis 35°. Der dielektrische Spiegel 3 kann für die erste Strahlung, unabhängig vom Einfallswinkel, reflektierend sein.

In Strahlrichtung ist dem Konversionselement 2 ein optisches Element 4 nachgeordnet. Bei dem optischen Element 4 handelt es sich vorliegend um einen Spiegel, mit dem die durch den dielektrischen Spiegel 3 gelangte Strahlung umgelenkt wird. Beispielsweise wird die zweite Strahlung auf eine Projektionsfläche, wie etwa eine Leinwand, gelenkt. Die gezeigte Vorrichtung 100 kann in einem Projektor verwendet werden. Durch den winkelselektiven dielektrischen Spiegel 3 wird die zweite Strahlung (grünes Licht) in einem kleinen Winkelbereich emittiert, wodurch sich die beschriebene Vorrichtung 100 besonders gut für Projektionsanwendungen eignet.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Diese unterscheidet sich von der aus Figur 1 dadurch, dass das Konversionselement 2 Streuzentren in Form von Streupartikeln umfasst. Durch diese wird die von dem dielektrischen Spiegel 3 zurückreflektierte Strahlung gestreut und umverteilt, sodass sie beim nächsten Auftreffen auf den dielektrischen Spiegel 3 gegebenenfalls im ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Spiegel 3 trifft. Die Streupartikeln können im Konversionselement 2 gleichmäßig verteilt sein. Bei den Streupartikeln handelt es sich beispielsweise um streuende Poren in einem Keramikkonverter.

Statt oder zusätzlich zu Streuzentren in Form von Streupartikeln innerhalb des Konversionselements können die Eintrittsfläche 20 und/oder die Austrittsfläche 21 auch strukturiert sein, wodurch eine Umverteilung der zurückreflektierten Strahlung erreicht wird.

Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier ist im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 auf der Eintrittsfläche 20 des Konversionselements 2 ein zweiter dielektrischer Spiegel 5 angeordnet. Auch der zweite dielektrische Spiegel 5 umfasst mehrere dielektrische Schichten. Der zweite dielektrische Spiegel 5 ist reflektierend für die zweite Strahlung und durchlässig für die erste Strahlung. Dies trifft bevorzugt auf alle Einfallswinkel zu. Auf diese Weise wird verhindert, dass die zweite Strahlung das Konversionselement 2 über die Eintrittsfläche 20 wieder verlässt.

Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier ist zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 auf der Austrittsfläche 21, zwischen dem dielektrischen Spiegel 3 und der Austrittsfläche 21, ein dritter dielektrische Spiegel 6 angeordnet. Der dritte dielektrische Spiegel 6 ist reflektierend für die erste Strahlung und durchlässig für die zweite Strahlung, bevorzugt unabhängig vom Einfallswinkel. Dadurch wird verhindert, dass die erste Strahlung das Konversionselement 2 über die Austrittsfläche 21 verlässt.

Statt eines zweiten 5 und dritten 6 dielektrischen Spiegels mit mehreren dielektrischen Schichten können auch ein anderer zweiter Spiegel 5 und dritter Spiegel 6 mit den gewünschten Eigenschaften verwendet werden. Beispielsweise umfassen ein solcher zweiter Spiegel 5 und ein solcher dritter Spiegel 6 jeweils mehrere dielektrische Schichten. In der Figur 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Hier ist anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen das Konversionselement 2 nicht beabstandet zu dem optoelektronischen Bauelement 1 angeordnet. Vielmehr ist hier das Konversionselement 2 mittelbar auf dem Bauelement 1 angeordnet und befestigt.

Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier umfasst die Vorrichtung 100 neben dem ersten optoelektronischen Bauelement 1 ein zweites optoelektronisches Bauelement 11, dass eine dritte Strahlung emittiert. Vorliegend handelt es sich bei der dritten Strahlung ebenfalls um blaues Licht. Die Vorrichtung 100 ist so eingerichtet, dass die vom zweiten Bauelement 11 emittierte dritte Strahlung über die Austrittsfläche 21 des Konversionselements 2 in das Konversionselement 2 eindringt. Zuvor passiert die dritte Strahlung das optische Element 4, welches vorliegend durch einen halbdurchlässigen Spiegel gebildet ist. Um in das Konversionselement 2 eindringen zu können, ist der dielektrische Spiegel 3 vorliegend durchlässig für die dritte Strahlung, bevorzugt bei allen Einfallswinkeln.

Um eine Reflexion der dritten Strahlung am dielektrischen Spiegel 3 zu reduzieren, ist auf der vom Konversionselement 2 abgewandten Seite des dielektrischen Spiegels 3 eine Antireflexbeschichtung 7 für die dritte Strahlung aufgebracht .

Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Projektors, der die strahlungsemittierende Vorrichtung 100 der Figur 1 umfasst. Die strahlungsemittierende Vorrichtung 100 erzeugt durch Konversion grünes Licht. Ferner umfasst der Projektor ein drittes optoelektronisches Bauelement 12, vorliegend in Form einer Leuchtdiode, das intrinsisch blaues Licht erzeugt, und ein viertes optoelektronisches Bauelement 13, ebenfalls in Form einer Leuchtdiode, das intrinsisch rotes Licht erzeugt. Jedem der Bauelemente 1, 12, 13 ist ein Spiegel 4 zur Umlenkung des jeweiligen Lichts zugeordnet. Die Spiegel 4 sind insbesondere jeweils für die Strahlung des vorhergehenden Bauelements durchlässig. So ist beispielsweise der dem grünemittierenden Bauelement 1 zugeordnete Spiegel 4 durchlässig für blaues Licht und reflektierend für grünes Licht. Der dem rotemittierenden Bauelement 13 zugeordnete Spiegel 4 ist bevorzugt durchlässig für blaues und grünes Licht und reflektierend für rotes Licht. Der Projektor umfasst ferner eine Linse 40, mithilfe der das Licht auf eine Leinwand 8 projiziert wird.

Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020204540.2 beansprucht, die hiermit per Rückbezug aufgenommen ist.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von

Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste :

1 (erstes) optoelektronisches Bauelement

2 Konversionselement

3 (erster) dielektrischer Spiegel

4 optisches Element

5 zweiter dielektrischer Spiegel

6 dritter dielektrischer Spiegel

7 Antireflexbeschichtung

8 Leinwand

11 zweites optoelektronisches Bauelement

12 drittes optoelektronisches Bauelement

13 viertes Optoelektronisches Bauelement

20 Eintrittsfläche

21 Austrittsfläche

40 Linse

100 strahlungsemittierende Vorrichtung

Winkel ß Winkel