STRAHLUNGSEMITTIERENDE VORRICHTUNG

Es wird eine strahlungsemittierende Vorrichtung angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine strahlungsemittierende Vorrichtung mit einer hohen Leuchtdichte anzugeben.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen Laserbarren zur Emission von Laserstrahlung. Der Laserbarren umfasst eine Vielzahl von Einzelemittern beziehungsweise Laserdioden. Die Einzelemitter emittieren im bestimmungsgemäßen Betrieb des Laserbarrens jeweils Laserstrahlung. Die Einzelemitter werden bevorzugt parallel beziehungsweise gleichzeitig betrieben.

Der Laserbarren umfasst einen Halbleiterkörper mit einer aktiven Schicht. Jeder der Einzelemitter umfasst einen eineindeutig zugeordneten Bereich des Halbleiterkörpers und einen eineindeutig zugeordneten Abschnitt der aktiven Schicht. Der Halbleiterkörper ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Das heißt, die Einzelemitter sind alle demselben Halbleiterkörper zugeordnet. Die aktive Schicht des Halbleiterkörpers kann zusammenhängend sein oder segmentiert sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Laserbarren um einen kantenemittierenden Laserbarren. Der Laserbarren ist insbesondere ein Halbleiterchip.

Der Halbleiterkörper des Laserbarrens basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Insbesondere umfasst der Halbleiterkörper eine Schichtenfolge aus Schichten eines solchen Halbleitermaterials, die zum Beispiel epitaktisch übereinander gewachsen sind. 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.

Die aktive Schicht 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.

Die aktive Schicht kann im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR-Bereich erzeugen. Bevorzugt erzeugt die aktive Schicht beziehungsweise der Laserbarren im Betrieb Strahlung im Spektralbereich zwischen einschließlich 370 nm und 550 nm, besonders bevorzugt im Spektralbereich zwischen einschließlich 370 nm und 470 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen optischen Wellenleiter mit einem Kern, einem Mantel, einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche. Der Wellenleiter ist dazu eingerichtet, Strahlung, die über die Eintrittsfläche in den Wellenleiter eintritt, innerhalb des Kerns zur Austrittsfläche zu leiten. Der Kern ist zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten von dem Mantel umgeben. Der Mantel besteht bevorzugt aus einem anderen Material als der Kern. Der Mantel ist insbesondere direkt auf den Kern aufgebracht. Der Mantel kann eine Schicht oder eine Schichtenfolge aufweisen. Der Kern besteht bevorzugt aus einem festen oder flüssigen Material.

Die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche sind bevorzugt ebene Flächen und/oder senkrecht zu einer

Haupterstreckungsrichtung des Kerns verlaufende Flächen. Die Eintrittsfläche und/oder die Austrittsfläche können durch den Kern oder eine Beschichtung auf dem Kern gebildet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung eine Wärmesenke mit einer Montageseite. Die Wärmesenke kann Metall oder Keramik oder eine Metall-Keramik-Schichtstruktur umfassen oder daraus bestehen. Beispielsweise umfasst oder besteht die Wärmesenke aus: SiC, A1N, Cu, CuW. Zum Beispiel umfasst die Wärmesenke eine DCB-Struktur (Direkt Copper Bond), zum Beispiel aus einer A1N- oder SiC-Schicht zwischen zwei Kupferschichten. Die Montageseite ist eine Seite der Wärmesenke, auf der Bauelemente, wie der Wellenleiter und/oder der Laserbarren, montiert, zum Beispiel aufgeklebt oder aufgelötet sind. Die Montageseite ist zum Beispiel eben. Die Montageseite ist bevorzugt aus einem der oben genannten Materialien gebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Wellenleiter auf der Montageseite der Wärmesenke aufgebracht. Insbesondere ist der Wellenleiter auf der Montageseite der Wärmesenke befestigt, zum Beispiel aufgelötet oder aufgeklebt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Mantel in Bezug auf die Montageseite zumindest ober- und unterhalb des Kerns angeordnet. In anderen Worten ist der Mantel zumindest zwischen der Montageseite und dem Kern und auf einer der Montageseite abgewandten Seite des Kerns angeordnet. Der Mantel ist ein von der Wärmesenke verschiedenes Element und besteht bevorzugt aus einem anderen Material als die Wärmesenke. Bevorzugt überdeckt der Mantel die der Wärmesenke abgewandte Seite und die der Wärmesenke zugewandte Seite des Kerns jeweils zu zumindest 75 % oder zu zumindest 80 % oder vollständig. Der Mantel des Wellenleiters kann direkt auf der Montageseite aufliegen oder über ein Verbindungsmittel, wie Kleber oder Lötmaterial, darauf befestigt sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass im Betrieb die Laserstrahlung des Laserbarrens auf die Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern gelangt. Beispielsweise schließt die Hauptstrahlrichtung der Laserstrahlung beim Auftreffen auf die Eintrittsfläche mit einer Normalen der Eintrittsfläche einen Winkel von höchstens 45° oder höchstens 30° oder höchstens 10° ein. Bevorzugt umfasst der Wellenleiter nur einen einzigen Kern, in den im Betrieb die Laserstrahlung von allen emittierenden Einzelemittern des Laserbarrens eingekoppelt wird. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Wellenleiter mehrere voneinander separierte Kerne aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Kern ein Konversionselement, das im Betrieb die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert. Der Kern kann aus dem Konversionselement bestehen oder nur abschnittsweise aus dem Konversionselement gebildet sein. Das Konversionselement umfasst beispielsweise ein Konversionsmaterial, auch Leuchtstoff genannt, das die Laserstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert. Die Sekundärstrahlung weist dabei insbesondere eine größere Wellenlänge auf als die Laserstrahlung. Der Wellenleiter kann so eingerichtet sein, dass die von dem Laserbarren kommende Strahlung im Wellenleiter durch das Konversionselement teilweise oder vollständig konvertiert wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Wellenleiter dazu eingerichtet, durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel und dem Kern die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung innerhalb des Kerns bis zur Austrittsfläche zu führen. Die Strahlung wird innerhalb des Kerns bevorzugt überwiegend entlang der Montageseite geführt. Insbesondere wird die Laserstrahlung entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Kerns geführt. Anschließend tritt zumindest die Sekundärstrahlung aus der Austrittsfläche aus. Insbesondere tritt zumindest 90 % der oder die gesamte aus dem Wellenleiter austretende Sekundärstrahlung im Bereich der Austrittsfläche aus dem Wellenleiter aus. Bevorzugt wird die Laserstrahlung beim Durchqueren des Wellenleiters mehrfach an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel reflektiert .

Beispielsweise werden die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung durch Totalreflexion in dem Kern eingeschlossen. Der Mantel weist dann für die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung bevorzugt einen kleineren Brechungsindex auf als der Kern. Alternativ kann der Mantel aus einem für die Laserstrahlung und/oder Sekundärstrahlung reflektierenden Material gebildet sein. Beispielsweise beträgt dann der Reflexionsgrad des Mantels für die Laserstrahlung und/oder Sekundärstrahlung zumindest 90 % oder zumindest 95 %.

Bevorzugt handelt es sich bei der aus der Austrittsfläche austretenden Strahlung um Licht im sichtbaren Spektralbereich, bevorzugt um weißes Licht. Die aus der Austrittsfläche austretende Strahlung ist bevorzugt größtenteils, beispielsweise zu zumindest 75 % oder zumindest 95 % oder vollständig, durch die Sekundärstrahlung gebildet. Der Anteil des für das menschliche Auge schädlichen Laserlichts wird bevorzugt gering gehalten.

Die lichtemittierende Vorrichtung eignet sich beispielsweise zur Anwendung in Projektoren oder Scheinwerfern, insbesondere Frontscheinwerfern von Fahrzeugen.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst die strahlungsemittierende Vorrichtung einen Laserbarren zur Emission von Laserstrahlung, einen Wellenleiter mit einem Kern, einem Mantel, einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Wärmesenke mit einer Montageseite. Der Wellenleiter ist auf der Montageseite der Wärmesenke aufgebracht, wobei der Mantel in Bezug auf die Montageseite zumindest ober- und unterhalb des Kerns angeordnet ist. Die Vorrichtung ist so eingerichtet, dass die Laserstrahlung im Betrieb auf die Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern gelangt. Der Kern umfasst ein Konversionselement, das im Betrieb die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert. Der Wellenleiter ist dazu eingerichtet, durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel und dem Kern die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung innerhalb des Kerns bis zur Austrittsfläche zu führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass heutzutage für Lichtquellen, insbesondere für die Erzeugung von weißem Licht, meist Leuchtdioden (LEDs), eventuell zusammen mit einem Konversionselement, verwendet werden. Häufig werden GaN-LEDs mit einem Emissionsmaximum bei zirka 450 nm verwendet. Bei LEDs treten Verluste auf. Insbesondere bei GaN-LEDs kommt es bei hohen Strömen zu einem Effizienzabfall (Englisch: droop).

Bei der vorliegenden Erfindung wird nun von der Idee Gebrauch gemacht, als primäre Lichtquelle einen Laserbarren zu verwenden. Laserbarren weisen hohe optische

Ausgangsleistungsdichten von beispielsweise mehr als 10000 kW/cm^ auf und zeigen bei hohen Strömen keine

Effizienzverluste. Da bei dem Laserbarren alle Einzelemitter aus demselben Halbleiterkörper gebildet sind, sind diese fest zueinander ausgerichtet und müssen nicht nachträglich zueinander ausgerichtet werden. So kann auf komplizierte Fokussierungssysteme, wie einzelne Linsen oder Prismen, die zu jedem Einzellaser justiert sind, verzichtet werden. Mit dem Laserbarren ist es also möglich, ohne großen Justageaufwand einen Laserspot mit einer sehr hohen Leuchtdichte auf ein Konversionselement zu fokussieren.

Die Implementierung eines Konversionselements in einem Kern des Wellenleiters bietet den Vorteil, dass die Laserstrahlung in dem Kern weitgehend gefangen bleibt und auf diese Weise eine hohe Effizienz für die Konversion in Sekundärstrahlung erreicht wird. Insbesondere kann durch Verteilung des Konversionselements entlang der gesamten Ausdehnung des Kerns die Konversion über die gesamte Ausdehnung verteilt werden. Dies ist im Hinblick auf die Wärmeentwicklung und Quenching im Konversionselement vorteilhaft. Die dennoch bei der Konversion auftretende Wärme kann durch die Verwendung der Wärmesenke effizient abgeführt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine laterale Ausdehnung des Kerns, gemessen parallel zur beziehungsweise entlang der Montageseite, größer als eine vertikale Ausdehnung des Kerns, gemessen senkrecht zur Montageseite. Beispielsweise ist die laterale Ausdehnung des Kerns zumindest dreimal oder zumindest fünfmal oder zumindest zehnmal oder zumindest 20-mal so groß wie die vertikale Ausdehnung. Bevorzugt ist der Wellenleiter entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Kerns auf der Montageseite angeordnet, befestigt und durch die Wärmesenke gestützt. Die vertikale Ausdehnung des Kerns beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich 50 gm und 150 gm, zum Beispiel etwa 100 pm.

Das Konversionsmaterial des Konversionselements ist beispielsweise entlang eines Großteils, wie etwa zumindest 75 % oder 90 %, der lateralen Ausdehnung des Kerns homogen in dem Kern verteilt. Auf diese Weise wird die Wärmeentwicklung innerhalb des Kerns vorteilhaft großflächig verteilt und kann so effizient über die Wärmesenke abgeführt werden.

Entlang der vertikalen Ausdehnung kann das Konversionsmaterial homogen oder inhomogen verteilt sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Kern plättchenförmig ausgebildet. Das heißt, der Kern umfasst zwei ebene und zueinander parallel oder im Wesentlichen parallel verlaufende Hauptflächen, deren Ausdehnungen jeweils größer sind, beispielsweise zumindest dreimal oder zumindest 5-mal oder zumindest zehnmal oder zumindest 20-mal so groß, als der Abstand zwischen ihnen. Bevorzugt verlaufen die Hauptflächen parallel oder nahezu parallel zur Montageseite. Auch der Wellenleiter selbst kann plättchenförmig sein. Durch die plättchenförmige Ausgestaltung kann eine großflächige Anbindung an die Wärmesenke erfolgen, was im Hinblick auf den Wärmeabtransport vorteilhaft ist.

Der Mantel ist zumindest auf die beiden Hauptflächen des plättchenförmigen Kerns aufgebracht. Ein erster Abschnitt des Mantels bedeckt dann die eine Hauptfläche. Ein zweiter Abschnitt des Mantels bedeckt die andere Hauptfläche. Bei einem plättchenförmigen Kern sind die Grenzflächen zwischen den Hauptflächen des Kerns und den beiden Abschnitten des Mantels jeweils eben. Quer oder senkrecht zu den Hauptflächen verlaufende Querseiten des Kerns können ebenfalls von Abschnitten des Mantels überdeckt sein.

Die Hauptflächen des Kerns können dreieckige, rechteckige, quadratische, runde oder sechseckige Formen aufweisen. Die beiden Hauptflächen des Kerns sind im Rahmen der Herstellungstoleranz bevorzugt gleich groß und gleich geformt . Die Austrittsfläche und/oder die Eintrittsfläche sind bevorzugt an den Querseiten des Kerns ausgebildet. Die Austrittsfläche und/oder die Eintrittsfläche ist bevorzugt keiner als eine Hauptfläche, beispielsweise höchstens halb so groß oder höchstens 1/5 oder höchstens 1/10 oder höchstens 1/20 so groß wie die Hauptfläche.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich das Konversionselement durchgehend über die gesamte vertikale Ausdehnung des Kerns, wobei die vertikale Ausdehnung senkrecht zur Montageseite gemessen ist. Insbesondere ist das Konversionsmaterial dann entlang der vertikalen Richtung homogen in dem Kern verteilt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein innerer Bereich des Kerns frei von dem Konversionselement. Ein äußerer, dem Mantel zugewandter Bereich des Kerns ist durch das Konversionselement gebildet. Insbesondere ist eine oder sind beide Hauptflächen des Kerns größtenteils oder vollständig durch das Konversionselement gebildet und der innere Bereich zwischen den beiden Hauptflächen ist frei von dem Konversionselement .

In dem inneren Bereich kommt es zu keiner Konversion der Laserstrahlung. Der innere Bereich erstreckt sich beispielsweise zusammenhängend und ohne Unterbrechungen über die gesamte laterale Ausdehnung des Kerns. Die vertikale Ausdehnung des inneren Bereichs, gemessen senkrecht zur Montageseite, beträgt beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der vertikalen Ausdehnung des gesamten Kerns. Der den inneren Bereich bildende Teil des Kerns ist beispielsweise durch einen Träger gebildet, zum Beispiel aus Saphir, GaN, A1N oder SiC. Durch die Ausgestaltung des Kerns mit einem inneren Bereich und einem äußeren Bereich kommt es nur im Bereich des Mantels zur Konversion der Laserstrahlung. Dies kann im Hinblick auf die Wärmeentwicklung und den Wärmeabtransport vorteilhaft sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche quer oder senkrecht zur Montageseite der Wärmesenke. Alternativ kann auch nur die Eintrittsfläche oder nur die Austrittsfläche senkrecht zur Montageseite verlaufen. Weiterhin ist es möglich, dass die Eintrittsfläche und/oder die Austrittsfläche parallel zur Montageseite verlaufen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Austrittsfläche quer oder senkrecht zur Eintrittsfläche angeordnet. Die Normalenvektoren der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche verlaufen bevorzugt parallel oder nahezu parallel zur Montageseite und quer oder senkrecht zueinander.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Mantel eine Metallschicht und/oder eine dielektrische Schicht und/oder eine Halbleiterschicht. Beispielsweise umfasst der Mantel eine Schicht aus Ag oder Al. Ferner ist möglich, dass der Mantel mehrere dielektrische Schichten mit abwechselnd höherem und niedrigerem Brechungsindex umfasst. Insbesondere bildet der Mantel dann einen Braggspiegel für die Laserstrahlung und/oder Sekundärstrahlung.

Ferner ist denkbar, dass der Bereich des Mantels zwischen dem Kern und der Wärmesenke eine Metallschicht umfasst oder daraus besteht und der Bereich des Mantels auf der der Wärmesenke abgewandten Seite des Kerns eine oder mehrere dielektrische Schichten umfasst oder daraus besteht. Über den Bereich des Mantels zwischen Kern und Wärmesenke kann dann besonders effizient Wärme zur Wärmesenke abtransportiert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der Laserbarren beziehungsweise der Halbleiterkörper des Laserbarrens auf Al _n In _] __ _n-m Ga _m N, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Konversionsmaterial und ein Matrixmaterial. Das Konversionsmaterial ist in dem Matrixmaterial eingebettet. Beispielsweise ist das Matrixmaterial A1N oder Glas. Das Matrixmaterial kann kristallin, amorph und/oder polykristallin sein. Das Konversionsmaterial kann beispielsweise ein mit seltenen Erden dotiertes Granat oder Oxynitrid oder Aluminat oder Aluminiumoxynitrid oder Orthosilikat oder Thiogallat oder Erdalkalisulfid oder Erdalkalisiliziumnitrid oder eine Kombination daraus sein.

Statt einer Einbettung von Konversionsmaterial in Matrixmaterial kann das Konversionselement auch aus einem gepressten Pulver aus dem Konversionsmaterial bestehen oder aus dem gesinterten Konversionsmaterial bestehen.

Insbesondere ist das Konversionselement dann eine Keramik aus dem Konversionsmaterial.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement eine epitaktisch gewachsene Halbleiterstruktur, beispielsweise auf Basis von In, Ga, Al, As, P, N und/oder Kombinationen daraus. Beispielsweise umfasst die Halbleiterstruktur ein oder mehrere Quantentöpfe (Englisch: quantum wells) und/oder Quantenpunkte (Englisch: quantum dots). Die Halbleiterstruktur des Konversionselements kann auf einem II-VI- oder III-V-Halbleitermaterial basieren. In der Halbleiterstruktur wird die Laserstrahlung absorbiert, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen, die anschließend wieder rekombinieren. Bei dieser Rekombination entsteht die Sekundärstrahlung. Da Laserstrahlung verwendet wird, können Halbleiterstrukturen ohne Dotierung verwendet werden, was den Verlust durch nichtstrahlende Rekombination reduziert.

Die Halbleiterstruktur des Konversionselements kann auf einem Aufwachsubstrat gewachsen sein, wobei das Aufwachsubstrat Teil des Kerns des Wellenleiters bildet. Bei dem Aufwachsubstrat handelt es sich beispielsweise um A1N, GaN oder SiC. Das Aufwachsubstrat kann den oben genannten Träger des inneren Bereichs des Kerns bilden.

Der Wellenleiter und das Konversionselement sind bevorzugt so eingerichtet, dass UV-Laserstrahlung vollkonvertiert wird. Beispielsweise umfasst das Konversionselement dann blaue, grüne und rote Konversionsmaterialien. Blaue Laserstrahlung wird bevorzugt nur teilweise konvertiert. Zum Beispiel umfasst das Konversionselement dafür grüne und rote Konversionsmaterialien sowie Streuelemente, um die Kohärenz der verbleibenden blauen Laserstrahlung zu zerstören.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Eintrittsfläche durch eine Beschichtung gebildet, die durchlässig für die Laserstrahlung und reflektierend für die Sekundärstrahlung ist. Dadurch wird verhindert, dass Sekundärstrahlung den Wellenleiter über die Eintrittsfläche verlässt. Die Austrittsfläche kann durch eine Beschichtung gebildet sein, die durchlässig für die Sekundärstrahlung aber undurchlässig für die Laserstrahlung ist. Dadurch wird verhindert, dass schädliche Laserstrahlung den Wellenleiter über die Austrittsfläche verlässt. Die Beschichtungen können durch Schichtsysteme mit mehreren dielektrischen Schichten gebildet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Laserbarren auf derselben Wärmesenke wie der Wellenleiter angeordnet. Dadurch ist die Vorrichtung kompakt ausgebildet. Alternativ ist aber auch denkbar, dass der Laserbarren auf einer anderen Wärmesenke als der Wellenleiter angeordnet ist. Die Wärmesenke des Wellenleiters und des Laserbarrens sind dann beispielsweise nicht unmittelbar miteinander verbunden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Laserbarren auf. Alle bisher und im Folgenden in Bezug auf einen Laserbarren offenbarten Merkmale sind auch für jeden weiteren Laserbarren der Vorrichtung offenbart.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Wellenleiter mehrere Eintrittsflächen. Alle bisher und im Folgenden im Zusammenhang mit einer Eintrittsfläche offenbarten Merkmale sind auch für jede weitere Eintrittsfläche offenbart.

Jedem Laserbarren ist insbesondere eine Eintrittsfläche eindeutig, bevorzugt eineindeutig, zugeordnet, dergestalt, dass im Betrieb die Laserstrahlung des Laserbarrens auf die zugeordnete Eintrittsfläche des Wellenleiters trifft und von da aus in den Kern des Wellenleiters gelangt. Die Verwendung mehrerer Laserbarren erlaubt eine Skalierung der Ausgangsleistung . Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugt und emittiert ein erster Laserbarren im Betrieb Laserstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs und ein zweiter Laserbarren Laserstrahlung eines von dem ersten Wellenlängenbereich verschiedenen zweiten Wellenlängenbereichs. Beispielsweise erzeugt und emittiert der erste Laserbarren Laserstrahlung im UV-Bereich, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 375 nm und 425 nm, und der zweite Laserbarren Laserstrahlung im blauen Spektralbereich, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 430 nm und 470 nm. Beispielsweise sind mehrere erste und zweite Laserbarren alternierend um den Wellenleiter angeordnet. Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Laserbarren und entsprechender Konversionsmaterialien in dem Konversionselement kann eine Weißlichtquelle mit hoher Leuchtdichte und hohem Farbwiedergabeindex realisiert werden. Bevorzugt werden bei der Verwendung von UV-Laserstrahlung und blauer Laserstrahlung sowohl Eu-dotierte als auch Ce-dotierte Konversionsmaterialien verwendet, um thermisches Quenchen zu vermeiden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Eintrittsflächen jeweils durch eine Beschichtung gebildet.

Die Beschichtung der dem ersten Laserbarren zugeordneten Eintrittsflächen ist durchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs und reflektierend für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs. Die Beschichtung der dem zweiten Laserbarren zugeordneten Eintrittsfläche ist durchlässig für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und reflektierend für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Bevorzugt sind die Beschichtungen zusätzlich jeweils reflektierend für die Sekundärstrahlung, die durch Konversion der Laserstrahlungen entsteht. „Reflektierend" bedeutet hier, dass der Reflexionsgrad für die betreffende Strahlung zumindest 90 % oder zumindest 95 % beträgt. „Durchlässig" bedeutet vorliegend, dass der Transmissionsgrad für die betreffende Strahlung zumindest 80 % oder zumindest 90 % beträgt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die dem ersten und zweiten Laserbarren zugeordneten Eintrittsflächen in einer lateralen Richtung, parallel zur Montageseite, einander gegenüber. Der Wellenleiter ist in lateraler Richtung zwischen diesen beiden Eintrittsflächen angeordnet. Die beiden Eintrittsflächen können parallel zueinander verlaufen. Die Austrittsfläche verläuft dann bevorzugt quer zu den beiden Eintrittsflächen. Durch die Verwendung der wellenlängenselektiven Beschichtungen an den Eintrittsflächen wird verhindert, dass die von dem ersten Laserbarren kommende Laserstrahlung über die Eintrittsfläche des zweiten Laserbarrens ausgekoppelt wird und umgekehrt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der strahlungsemittierenden Vorrichtung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben 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 zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:

Figuren 1 bis 5 Ausführungsbeispiele der strahlungsemittierenden Vorrichtung in Querschnittsansicht,

Figuren 6 bis 10 Ausführungsbeispiele der strahlungsemittierenden Vorrichtung in Draufsicht,

Figuren 11 und 12 Ausführungsbeispiele des Wellenleiters in perspektivischer Ansicht.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 in Querschnittsansicht. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Wärmesenke 3, beispielsweise aus SiC, A1N, Cu oder CuW. Auf einer Montageseite 30 der Wärmesenke 3 ist ein Wellenleiter 2 angeordnet. Der Wellenleiter 2 umfasst einen Kern 20 und einen Mantel 21. Der Mantel 21 bedeckt den Kern 20 an einer der Wärmesenke 3 zugewandten Seite und an einer dem Kern 20 abgewandten Seite. Der Kern 20 hat hier beispielsweise die Form eines Plättchens mit zwei einander gegenüberliegenden und parallel zueinander und parallel zur Montageseite 30 verlaufenden Hauptflächen, an die der Mantel 21 angrenzt.

Auf der Wärmesenke 3 ist außerdem ein Laserbarren 1 angeordnet, der eine Mehrzahl von Einzelemittern umfasst (nicht dargestellt), wobei einige oder alle dieser Einzelemitter im Betrieb des Laserbarrens 1 Laserstrahlung emittieren. Vorliegend basiert der Laserbarren 1 beispielsweise auf AlInGaN und emittiert im Betrieb Laserstrahlung im blauen Spektralbereich oder im UV-Bereich. Dem Laserbarren 1 ist eine Optik 10, beispielsweise in Form einer Linse oder eines Linsensystems, nachgeordnet. Die Optik 10 fokussiert die Laserstrahlung des Laserbarrens 1 auf eine Eintrittsfläche 22 des Wellenleiters 2. Die Eintrittsfläche 22 verläuft hier senkrecht zur Montageseite 30 der Wärmesenke 3. Die Eintrittsfläche 22 ist vorliegend durch eine Beschichtung 24 gebildet, die durchlässig für die Laserstrahlung des Laserbarrens 1 ist.

Im Betrieb der Vorrichtung 100 trifft die Laserstrahlung auf die Eintrittsfläche 22 und hat dabei eine

Hauptstrahlrichtung, die parallel oder nahezu parallel zur Montageseite 30 verläuft. Über die Eintrittsfläche 22 wird die Laserstrahlung dann in den Kern 20 des Wellenleiters 2 eingekoppelt. Der Kern 20 des Wellenleiters 2 ist vorliegend vollständig durch ein Konversionselement 4 gebildet. Das Konversionselement 4 umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial, zum Beispiel in Form von Glas oder A1N, mit darin eingebetteten Partikeln eines Konversionsmaterials. Bei dem Konversionsmaterial handelt es sich beispielsweise um Ce:YAG. Alternativ kann es sich bei dem Konversionselement 4 auch um gesintertes Konversionsmaterial oder gepresstes Konversionsmaterial handelt.

Das Konversionsmaterial 4 ist dazu eingerichtet, die Laserstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren. Der Wellenleiter 2 ist so eingerichtet, dass die Laserstrahlung und bevorzugt auch die Sekundärstrahlung durch Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Kern 20 und dem Mantel 21 innerhalb des Kerns 20 in Richtung einer Austrittsfläche 23 des Wellenleiters 2 geführt wird. Vorliegend liegt die Austrittsfläche 23 der Eintrittsflächen 22 in lateraler Richtung, parallel zur Montageseite 30, gegenüber und verläuft ebenfalls quer zur Montageseite 30. Bevorzugt wird bei der Führung der Laserstrahlung durch den Kern 20 die gesamte Laserstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert. Die Sekundärstrahlung tritt dann über die Austrittsfläche 23 aus dem Wellenleiter aus. Bei der austretenden Sekundärstrahlung handelt es sich besonders bevorzugt um weißes Licht.

Um eine Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem Mantel 21 und dem Kern 20 zu erreichen, kann der Mantel 21 ein für die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung reflektierendes Material, beispielsweise ein Metall oder mehrere dielektrische Schichten, aufweisen, die einen Bragg-Spiegel bilden. Alternativ ist auch denkbar, dass das Material des Mantels 21 für die Laserstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung transparent ist, aber ein Brechungsindex des Mantels 21 kleiner als der des Kerns 20 ist, so dass es an der Grenzfläche zur Totalreflexion kommt. Der Mantel 21 ist insbesondere aus einem anderen Material gebildet als die Wärmesenke 3. Beispielsweise ist vorliegend der Mantel 21 im Bereich zwischen der Wärmesenke 3 und dem Kern 20 aus einem Metall, wie Ag oder Al, gebildet. Auf der der Wärmesenke 3 abgewandten Seite des Kerns 20 kann der Mantel 21 aus einer oder mehreren dielektrischen Schichten gebildet sein.

Die Beschichtung 24 des Wellenleiters 2, die die Eintrittsfläche 22 bildet, ist bevorzugt reflektierend für die Sekundärstrahlung, so dass Sekundärstrahlung nicht über die Eintrittsfläche 22 aus dem Wellenleiter 2 austritt.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist hier die Eintrittsfläche 22 des Wellenleiters 2 nicht durch eine Beschichtung, sondern durch den Kern 20 selbst gebildet. Außerdem trifft die Laserstrahlung nicht parallel zur Montageseite 30 auf die Eintrittsfläche 22, sondern wird gezielt verkippt zur Montageseite 30 in den Wellenleiter 22 eingekoppelt, so dass die Weglänge innerhalb des Kerns 20 erhöht wird und dadurch ein noch größerer Anteil der Laserstrahlung in Sekundärstrahlung umgewandelt wird.

In der Figur 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Anders als in den beiden vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist hier der Kern 20 des Wellenleiters 2 nicht vollständig durch das Konversionselement 4 gebildet. Vielmehr umfasst der Kern 20 einen inneren Bereich, der frei von dem Konversionselement 4 ist. Ein äußerer, dem Mantel 21 zugewandter und an den Mantel 21 grenzender Bereich des Kerns 20 ist durch das Konversionselement 4 gebildet. Der innere Bereich des Kerns 20 kann mit Luft gefüllt sein oder kann durch einen Träger 26 gebildet sein, beispielsweise aus Saphir, A1N, GaN oder SiC. Das Konversionselement 4 umfasst beispielsweise Halbleiterstrukturen mit Quantentöpfen oder Quantenpunkten.

In der Figur 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel ähnelt dem der Figur 3. Allerdings ragt hier der Träger 26 in lateraler Richtung, parallel zur Montageseite 30, aus dem Mantel 21 heraus. Die Eintrittsfläche 22 und die Austrittsfläche 25 verlaufen parallel oder im Wesentlichen parallel zur Montageseite 30.

In diesen Bereichen ist der Träger 26 nicht von dem Mantel 21 überdeckt. Die Laserstrahlung des Laserbarrens 1 trifft wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen senkrecht oder nahezu senkrecht auf die Eintrittsfläche 22. Der Träger 26 umfasst Umlenkstrukturen, die die Laserstrahlung in Richtung parallel zur Montageseite 30 umlenken. In dem von dem Mantel 21 umgebenden Bereich des Kerns 20 wird die Laserstrahlung dann mittels des Konversionselements 4 in Sekundärstrahlung umgewandelt. Die Sekundärstrahlung wird daraufhin in einem lateral von dem Mantel 21 hervorstehenden Bereich des Trägers 26 wieder über Umlenkstrukturen in Richtung weg von der Montageseite 30 gelenkt und tritt über die Austrittsfläche 23 aus dem Wellenleiter 2 aus.

In der Figur 4 ist die Austrittsfläche 23 des Wellenleiters 2 durch eine Beschichtung 25 gebildet, die reflektierend für die Laserstrahlung und durchlässig für die Sekundärstrahlung ist.

Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier umfasst der Kern 20 des Wellenleiters ein Aufwachsubstrat 26, zum Beispiel aus Saphir oder SiC, mit einer darauf epitaktisch gewachsenen Halbleiterstruktur, die mehrere Quantentöpfe aufweist. Die Halbleiterstruktur mit den Quantentöpfen bildet das Konversionselement 4.

Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung, nun in einer Draufsicht auf die Montageseite 30 der Wärmesenke 3. Hier ist zu erkennen, dass der Wellenleiter 2 ein plättchenförmiges Element ist. Es ist außerdem zu erkennen, dass auch die quer zur Montageseite 30 verlaufenden Querseiten des Kerns 20 mit dem Mantel 21 überzogen sind. An den Querseiten des Kerns 20 ist der Mantel 21 zumindest teilweise durch Beschichtungen 24 gebildet, die durchlässig für bestimmte Laserstrahlungen, aber undurchlässig für die Sekundärstrahlung sind. In der Figur 6 ist ferner gezeigt, dass die Vorrichtung 100 mehrere Laserbarren 1, la umfasst. Erste Laserbarren 1 emittieren dabei Laserstrahlung eines ersten Wellenlängenbereichs, vorliegend beispielhaft UV-Strahlung, und zweite Laserbarren la emittierte Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, vorliegend beispielhaft im blauen Spektralbereich. Jedem der Laserbarren 1, la ist eine Eintrittsfläche 22 des Wellenleiters 2 eineindeutig zugeordnet. Die Eintrittsflächen 22 sind dabei jeweils durch die oben genannte Beschichtung 24 gebildet.

Die den ersten Laserbarren 1 zugeordneten Beschichtungen 24 sind durchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs und reflektierend für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs. Die den zweiten Laserbarren la zugeordneten Beschichtungen 24 sind durchlässig für die Laserstrahlung des zweiten Wellenlängenbereichs und undurchlässig für die Laserstrahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Auf diese Weise wird der Anteil der Laserstrahlung, der unkonvertiert aus dem Wellenleiter austritt, reduziert.

In der Figur 6 ist auch zu sehen, dass in einer lateralen Richtung, parallel zur Montageseite 30, ein erster Laserbarren 1 einem zweiten Laserbarren la gegenüber angeordnet ist, so dass der erste Laserbarren 1 Laserstrahlung in Richtung des zweiten Laserbarrens la emittiert und der zweite Laserbarren la Laserstrahlung in Richtung des ersten Laserbarrens 1 emittiert. Der Wellenleiter 2 ist zwischen diesen einander gegenüberliegenden Laserbarren 1, la angeordnet. Die Austrittsfläche 23, über die die Sekundärstrahlung aus dem Wellenleiter 2 austritt, verläuft hier senkrecht zu einigen der Eintrittsflächen 22. Das Konversionselement 4 umfasst in dem Ausführungsbeispiel beispielsweise Eu-dotierte und Ce- dotierte Konversionsmaterialien.

In der Figur 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100 gezeigt. Hier umfasst der Wellenleiter 2 einen Abschnitt, in dem sich die laterale Ausdehnung des Wellenleiters und des Kerns kontinuierlich bis hin zur Austrittsfläche 23 verringert, wodurch es zu einer Fokussierung der Sekundärstrahlung kommt.

In Figur 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem wieder mehrere Laserbarren verwendet sind, diesmal aber nur zweite Laserbarren la zum Einsatz kommen, die zum Beispiel jeweils Laserstrahlung im blauen Spektralbereich emittieren. Der Wellenleiter 2 umfasst Strukturen, die die Laserstrahlung innerhalb des Kerns 20 in Richtung der Austrittsfläche 23 lenken. Die Austrittsfläche 23 ist hier mit einer Beschichtung 25 gebildet, die die blaue Laserstrahlung reflektiert und die Sekundärstrahlung durchlässt.

Figur 9 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel der strahlungsemittierenden Vorrichtung 100. Hier weist der Wellenleiter 2 in Draufsicht betrachtet die geometrische Form eines Sechsecks auf. In den vorhergehenden

Ausführungsbeispielen haben der Wellenleiter 2 und der Kern 20 in Draufsicht die geometrische Form eines Rechtecks.

In dem zehnten Ausführungsbeispiel der Figur 10 ist der Wellenleiter 2 ähnlich wie in der Figur 7 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel werden beispielhaft nur erste Laserbarren 1 verwendet, die UV-Strahlung emittieren. Der Austrittsfläche 23 des Wellenleiters 2 ist eine optische Faser 5 nachgeordnet. Zwischen der optischen Faser 5 und der Austrittsfläche 23 ist eine Linse 50 zur Fokussierung der aus der Austrittsfläche 23 austretenden Strahlung angeordnet.

Über die optische Faser 5 kann die Sekundärstrahlung zu einem von der Austrittsfläche 23 beabstandeten Ort geführt werden.

In den Figuren 11 und 12 sind zwei Ausführungsbeispiele eines Wellenleiters 2 gezeigt, wie er in einer hier beschriebenen Vorrichtung verwendet werden kann. Anders als die Wellenleiter 2 der bisherigen Ausführungsbeispiele sind hier die Kerne 20 nicht plättchenförmig, sondern als Fasern mit rundem Querschnitt ausgebildet. Die Kerne 20 sind ringsum jeweils vollständig von dem Mantel 21 umgeben. In der Figur 11 umfasst der Wellenleiter 2 mehrere Kerne, die von einem zusammenhängenden und einstückig ausgebildeten Mantel 21 umgeben sind. In der Figur 12 umfasst der Wellenleiter 2 nur einen einzigen Kern 20.

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.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020104377.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugszeichenliste

1 Laserbarren / erster Laserbarren la zweiter Laserbarren 2 Wellenleiter

3 Wärmesenke

4 Konversionselement

5 optische Faser

10 Optik 20 Kern 21 Mantel 22 Eintrittsfläche 23 Austrittsfläche 24, 25 Beschichtung 26 Träger/ Aufwachssubstrat

30 Montageseite 50 Linse

100 strahlungsemittierende Vorrichtung