專利名稱：光電子模塊和帶有光電子模塊的投影裝置的制作方法
專利說明對于投影裝置，需要帶有高的光功率的光源。用于投影裝置的傳統(tǒng)光源在高的工 作電流下工作并且產(chǎn)生顯著的廢熱。通過使用發(fā)光二極管芯片作為光源，可以避免這些不 利的效應(yīng)。然而，目前發(fā)光二極管芯片的光功率對于多種投影應(yīng)用而言太低。在出版物WO 2007/036214 Al和US 2006/0057753 Al中描述了光電子器件。一個(gè)要解決的任務(wù)是，提出一種帶有高的光功率的光電子器件。發(fā)明人確定的是，發(fā)光二極管芯片的輻射效率在所產(chǎn)生的輻射的波長增大的情況 下強(qiáng)烈地降低。例如，產(chǎn)生UV輻射的發(fā)光二極管芯片的輻射效率明顯高于產(chǎn)生在綠色波長 范圍中的輻射的發(fā)光二極管芯片的效率。下面將這些發(fā)光二極管芯片簡稱為UV-LED或者 綠色LED。一方面，在低的工作電流I的情況下，例如在I = 20mA的情況下UV-LED的輻射 功率大于綠色LED的輻射功率。另一方面，在提高工作電流時(shí)，在綠色LED的情況下比在 UV-LED的情況下更快地達(dá)到功率中的飽和。在此，線性因數(shù)L8(i/2(i是針對發(fā)光二極管的大電 流效率的度量。L8tlZ2tl從工作電流為I = 80mA和I = 20mA時(shí)發(fā)射的光功率P的商中得到。 在理想情況下，該因數(shù)對應(yīng)于兩個(gè)工作電流的比值并且在值4左右。在UV-LED的情況下幾 乎達(dá)到該理想值，然而在綠色LED情況下大大低于該理想值。提出了一種帶有UV-LED和波長轉(zhuǎn)換器的光電子器件。所產(chǎn)生的UV輻射通過LED 的正面發(fā)射，并且射到波長轉(zhuǎn)換器上。該波長轉(zhuǎn)換器將UV輻射至少部分地轉(zhuǎn)換為可見光。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)以高的效率發(fā)射在可見范圍中的單色輻射。在此，當(dāng)輻射的波長 在邊界窄的范圍中時(shí)，該輻射稱為單色。所發(fā)射的輻射的光譜半值寬度△ λ優(yōu)選在IOnm 到IOOnm的范圍中。發(fā)射紫外輻射、即波長λ彡420nm的輻射的發(fā)光二極管芯片例如基于氮化鎵銦 (InGaN)。該發(fā)光二極管芯片可以實(shí)施為薄膜發(fā)光二極管芯片。優(yōu)選的是，波長轉(zhuǎn)換器將UV輻射轉(zhuǎn)換為主波長λ Peak在490nm至545nm的范圍中 的綠色光。在此，主波長是如下波長所發(fā)射的光的強(qiáng)度最大值在該波長附近。在波長轉(zhuǎn)換器的另一實(shí)施形式中，也可以產(chǎn)生在420nm至490nm的波長范圍中的 藍(lán)色光，或者產(chǎn)生在575nm至750nm的波長范圍中的黃色光或者紅色光。波長轉(zhuǎn)換器優(yōu)選包含基質(zhì)材料，波長轉(zhuǎn)換材料的顆粒位于該基質(zhì)材料中。適于作 為基質(zhì)材料的是透明材料如玻璃、石英、藍(lán)寶石、碳化硅、透明陶瓷例如Al2O3、金剛石、硅樹 脂、丙烯酸酯、聚酰亞胺、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂或者這些材料的混合物。優(yōu)選的是，基質(zhì)材料 具有高的導(dǎo)熱性，并且由此可以良好地將形成的廢熱散發(fā)。具有非常高的導(dǎo)熱性的材料例 如是碳化硅或者金剛石。波長轉(zhuǎn)換材料的顆粒優(yōu)選盡可能均勻地分布在基質(zhì)材料中。作為波長轉(zhuǎn)換材料合適的是如下材料其被以來自稀土族的金屬摻雜，例 如石榴石、堿土金屬硫化物、硫代鎵酸鹽(Thiogalate)、鋁酸鹽、正硅酸鹽、氯硅酸鹽 (Chlorosilikate)、堿土金屬硅氮化物(Erdalkalisiliziumnitride)、氮氧化物、氮氧化鋁 以及氮氧化硅。例如使用YAG :Ce，其帶有鈰摻雜的石榴石發(fā)光材料YAG。
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在一個(gè)實(shí)施形式中，基質(zhì)材料同時(shí)由轉(zhuǎn)換材料形成，例如可以使用YAG陶瓷。也就 是說，波長轉(zhuǎn)換器例如實(shí)施為陶瓷轉(zhuǎn)換板。在這種情況中，陶瓷波長轉(zhuǎn)換材料被燒結(jié)為陶瓷 層，在該陶瓷層中，穿過的輻射的散射可以通過陶瓷材料的密度和陶瓷材料中的氣態(tài)夾雜 物的孔徑大小來調(diào)節(jié)。此外，陶瓷層具有比波長轉(zhuǎn)換器更高的導(dǎo)熱性，在該波長轉(zhuǎn)換器的情況下將波長 轉(zhuǎn)換材料引入基質(zhì)材料如硅樹脂中。通過這種方式，可以特別有效地將熱從波長轉(zhuǎn)換器散發(fā)。陶瓷層可以是自由支承的。陶瓷層于是同時(shí)形成波長轉(zhuǎn)換器以及針對波長轉(zhuǎn)換器 的支承體。然而也可能的是，陶瓷層借助如熱均衡的擠壓或者脈沖式的激光沉積這些方法 固定或者沉積到透明的、導(dǎo)熱的支承體如藍(lán)寶石或者碳化硅上。在光電子器件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，在光路中設(shè)置有至少一個(gè)濾光器，其針 對兩種輻射類型之一具有高的透射能力，并且針對另一輻射類型具有高的反射能力。光學(xué)元件(例如濾光器)的“高的透射能力”這一表述在此以及在下文中可以表 示，入射到元件上的輻射的至少50%穿過該元件。優(yōu)選的是，入射到元件上的輻射的至少 75 %穿過該元件，特別優(yōu)選為至少90 %。光學(xué)元件(例如濾光器)的“高的反射能力”這一表述在此以及在下文中可以表 示，入射到元件上的輻射的至少50%被該元件反射。優(yōu)選的是，入射到元件上的輻射的至少 75%被該元件反射，特別優(yōu)選為至少90%。如果該濾光器選擇性地針對UV輻射是可透射的并且反射在可見波長范圍中的輻 射，則其稱為UV濾光器。如果該濾光器選擇性地針對可見范圍中的光是可透射的并且反射 UV輻射，則其用上位概念可見濾光器來表示。如果其設(shè)計(jì)用于透射在邊界窄的波長范圍中 的輻射，則其根據(jù)波長范圍用術(shù)語綠色濾光器、藍(lán)色濾光器、黃色濾光器或者紅色濾光器來 更精確地說明。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，在UV-LED和波長轉(zhuǎn)換器之間有UV濾光器，其對于UV 輻射具有高的透射能力并且對于可見光譜范圍中的輻射具有高的反射能力。如果從波長轉(zhuǎn)換器出來的被轉(zhuǎn)換的光射到該UV濾光器上，則該光向回朝向波長 轉(zhuǎn)換器的方向并且尤其是朝著光電子器件的耦合輸出結(jié)構(gòu)的方向反射。由此，得到器件的 提高的耦合輸出效率。在沒有UV濾光器的情況下，可見光會在υν-LED、支承體或者殼體中 被吸收。在另一實(shí)施形式中，可見濾光器在波長轉(zhuǎn)換器和UV-LED的耦合輸出結(jié)構(gòu)之間，該 可見濾光器針對可見波長范圍中的輻射具有高的透射能力并且針對UV輻射具有高的反射 能力。一方面，可以借助該可見濾光器調(diào)節(jié)所發(fā)射的光的波長以及其半值寬度。例如，該 濾光器僅僅針對490nm至545nm之間的波長范圍中的綠色光是可透射的。優(yōu)選的是，該濾 光器由此也防止了對于人眼傷害性的UV輻射向外透出。另一方面，通過反射不在所希望的 要發(fā)射的波長范圍中的輻射，提高了器件的轉(zhuǎn)換效率并且由此提高所發(fā)射的功率。特別地， 未被轉(zhuǎn)換的UV輻射被向回反射到波長轉(zhuǎn)換器中并且可以在那里轉(zhuǎn)換成可見光。在一個(gè)特別有利的實(shí)施形式中，該光電子器件具有UV濾光器以及可見濾光器。例如，這些濾光器之一或者二者都實(shí)施為布拉格反射器(Bragg-Spiegel)。布拉格反射器由具有交替的高折射率和低折射率的介電層組成。例如，介電層可以包含二氧化 鈦(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氮化硅(SiN)、五氧化鉭(Ta2O5)或者氧化鉿 (HfO2)。在一個(gè)實(shí)施形式中，這些濾光器之一或者二者設(shè)置在支承體上。為了實(shí)現(xiàn)濾光器的最優(yōu)的工作方式，支承體的表面應(yīng)當(dāng)盡可能平坦。優(yōu)選的是，支承體具有高的導(dǎo)熱性，并且于是能夠?qū)崿F(xiàn)散發(fā)在UV-LED中以及在轉(zhuǎn) 換器中產(chǎn)生的熱。例如，支承體包含傳導(dǎo)能力為大約200W/mK的碳化硅。特別有利的是用 于UV濾光器的這種支承體，因?yàn)樵撝С畜w處于UV-LED的周圍。支承體同樣可以包含適于 作為波長轉(zhuǎn)換器的基質(zhì)材料的材料之一或者多種。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，這些支承體之一或者二者都單片地集成到波長轉(zhuǎn)換器 中。也就是說，支承體和波長轉(zhuǎn)換器機(jī)械固定地彼此連接。該連接不能無損壞地松開。支 承體和波長轉(zhuǎn)換器于是被一件式地構(gòu)建。特別地，波長轉(zhuǎn)換器同時(shí)可以是濾光器的支承體。 這能夠?qū)崿F(xiàn)特別節(jié)省位置地設(shè)置濾光器和波長轉(zhuǎn)換器。此外，在同時(shí)使用波長轉(zhuǎn)換器作為 濾光器的支承體的情況下，該裝置的制造成本特別低廉。優(yōu)選的是，UV濾光器與UV-LED固定連接。在一個(gè)實(shí)施形式中，UV濾光器借助連接材料固定在UV-LED的發(fā)射輻射的正面上。 合適的連接材料是透明材料如硅樹脂粘合劑或者澆注材料。在另一實(shí)施形式中，UV濾光器單片地集成到UV-LED的發(fā)射輻射的正面中。UV濾 光器為此可以借助也用于制造半導(dǎo)體本體的方法來制造，或者與這些方法良好地兼容。這 種方法例如是濺射或者外延生長。由此，濾光器的制造工藝在技術(shù)上被簡化。此外，提出了由上述器件構(gòu)成的光電子模塊，該模塊包含至少兩個(gè)UV-LED。至少一 個(gè)波長轉(zhuǎn)換器在所產(chǎn)生的UV輻射的光路中。在光電子器件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，在光 路中設(shè)置至少一個(gè)濾光器，其對于兩種輻射類型之一具有高的透射能力，并且對于另一輻 射類型具有高的反射能力。優(yōu)選的是，UV-LED設(shè)置在平面中并且具有相同的主輻射方向。例如，UV-LED設(shè)置 為規(guī)則的格柵。波長轉(zhuǎn)換器優(yōu)選實(shí)施為平坦的層，其在主輻射方向上設(shè)置在UV-LED之后并 且覆蓋該UV-LED。優(yōu)選的是，在UV-LED和波長轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)UV濾光器，并且在波長 轉(zhuǎn)換器和光電子模塊的耦合輸出面之間設(shè)置有至少一個(gè)可見濾光器。通過多個(gè)UV-LED的組合，提高了光源的亮度。在此，可以技術(shù)上簡單地并且成本 低廉地實(shí)現(xiàn)制造模塊以及將其安裝到殼體中，例如安裝到投影儀殼體中。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，所有UV-LED發(fā)射到共同的波長轉(zhuǎn)換器中以及共同的 UV濾光器中。被轉(zhuǎn)換的光優(yōu)選通過共同的可見濾光器。在此，這些器件可以直接彼此鄰接 并且例如彼此固定連接。特別地，濾光器可以單片地集成到波長轉(zhuǎn)換器中。共同的UV濾光 器可以借助連接材料、例如硅樹脂粘合劑或者澆注材料固定在UV-LED上。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，共同的UV濾光器和共同的可見濾光器分別實(shí)施為 平坦的層。在此，UV濾光器在主輻射方向上設(shè)置在UV-LED之后并且盡可能完全地覆蓋 UV-LED0可見濾光器在UV-LED的主輻射方向上設(shè)置在波長轉(zhuǎn)換器之后并且同樣盡可能完 全地覆蓋UV-LED。
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與獨(dú)立的器件相比，這種共同的器件可以在技術(shù)上更為簡單地并且成本更為低廉 地制造。此外，大的共同的器件具有更高的機(jī)械穩(wěn)定性。其可以技術(shù)上更簡單地并且成本 更低廉地安裝在殼體上。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，共同的可見濾光器與波長轉(zhuǎn)換器間隔。在間隙中可以 有氣隙或者澆注材料。借助這種間隙，可以更好地散發(fā)在UV-LED中形成的熱。在另一實(shí)施形式中，UV-LED分別具有獨(dú)立的UV濾光器、獨(dú)立的波長轉(zhuǎn)換器以及獨(dú) 立的可見濾光器。該裝置具有的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)光二極管芯片可以被更靈活地安裝，例如也可以 安裝在彎曲的表面上。優(yōu)選的是，在器件之間有用空氣或者澆注材料填充的間隙，它們能夠 實(shí)現(xiàn)良好的散熱。光電子模塊的另外的實(shí)施形式具有對于多個(gè)UV-LED共同的器件和對于一些 UV-LED獨(dú)立存在的器件的組合。例如，多個(gè)UV-LED可以共享一個(gè)UV濾光器，并且另外的 UV-LED具有獨(dú)立的UV濾光器。例如在一個(gè)實(shí)施形式中，UV濾光器和波長轉(zhuǎn)換器可以分離地實(shí)施，并且可見濾光 器作為共同的濾光器來實(shí)施。UV濾光器在此可以單片集成到UV-LED中。此外，它們可以在 其與UV-LED背離的側(cè)上直接與波長轉(zhuǎn)換器鄰接并且尤其是單片集成到其中。在另一實(shí)施 形式中，它們與波長轉(zhuǎn)換器間隔?？梢姙V光器同樣可以與波長轉(zhuǎn)換器鄰接，尤其是單片集成 到其中或者也與其間隔。存在的間隙可以用空氣或者澆注材料填充。所描述的在其不同實(shí)施形式中的光電子模塊例如可以作為光源使用在投影裝置 中。這種光電子模塊可以通過使用足夠多的UV-LED而具有大的發(fā)光面。該模塊也如帶有 單個(gè)UV-LED的光電子器件那樣在良好的大電流效率情況下產(chǎn)生高的光通量。為了最優(yōu)的 散熱，可以將間隙引入該模塊中，這些間隙用空氣或者澆注材料填充。此外，該模塊可以集 成到框架中，由此同樣可以改進(jìn)散熱。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，由模塊發(fā)射在490nm至575nm的波長范圍 中的單色的、綠色輻射。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，由模塊發(fā)射在420nm至490nm的波長范圍 中的單色的、藍(lán)色輻射。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，由模塊發(fā)射在575nm至750nm的波長范圍 中的單色的、黃色或者紅色輻射。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片具有獨(dú)立的波長 轉(zhuǎn)換器。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，至少兩個(gè)、尤其是所有發(fā)光二極管芯片具 有共同的UV濾光器。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片具有獨(dú)立的UV
濾光器ο根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，至少兩個(gè)、尤其是所有發(fā)光二極管芯片具 有共同的可見濾光器。根據(jù)光電子模塊的至少一個(gè)實(shí)施形式，至少一個(gè)發(fā)光二極管芯片具有獨(dú)立的可見
濾光器ο在下文中借助示意性的并且并非合乎比例的附圖來闡述所提出的半導(dǎo)體芯片及其有利的擴(kuò)展方案。其中

圖1示出了與發(fā)射的光的主波長Apeak有關(guān)的不同LED的線性因數(shù)L8(l/2(l，圖2示出了針對UV-LED和綠色LED的、作為工作電流I的函數(shù)的所發(fā)射的光功率 P，圖3A示出了針對帶有波長轉(zhuǎn)換器的UV-LED和針對綠色LED的、作為工作電流I 的函數(shù)的光通量Φ，圖3B示出了針對帶有波長轉(zhuǎn)換器的UV-LED和針對綠色LED的、作為工作電流I 的函數(shù)的主波長λΡεΛ，圖4Α在橫截面中示出了 UV濾光器、波長轉(zhuǎn)換器和綠色濾光器的布置，圖4Β在橫截面中示出了帶有支承體的UV濾光器、波長轉(zhuǎn)換器和帶有支承體的綠 色濾光器的布置，圖5在曲線圖中示出了 UV濾光器針對具有不同波長λ的光在不同入射角α的 情況下的透射能力和反射能力，圖6Α在橫截面中示出了帶有共同的轉(zhuǎn)換器、共同的UV濾光器和共同的綠色濾光 器的光電子模塊，圖6Β示出了根據(jù)圖6Α的光電子模塊的俯視圖，圖7Α在橫截面中示出了帶有獨(dú)立的波長轉(zhuǎn)換器、獨(dú)立的UV濾光器和獨(dú)立的綠色 濾光器的光電子模塊，圖7Β示出了根據(jù)圖7Α的光電子模塊的俯視圖，圖8Α在橫截面中示出了帶有共同的波長轉(zhuǎn)換器、UV濾光器和與轉(zhuǎn)換器間隔的共 同的綠色濾光器的光電子模塊，圖8Β在橫截面中示出了帶有獨(dú)立的波長轉(zhuǎn)換器、獨(dú)立的UV濾光器和與轉(zhuǎn)換器間 隔的共同的綠色濾光器的光電子模塊，圖9Α在橫截面中示出了帶有共同的波長轉(zhuǎn)換器、單片集成到UV-LED中的獨(dú)立的 UV濾光器和共同的綠色濾光器的光電子模塊，圖9Β在橫截面中示出了根據(jù)圖9Α的光電子模塊，其中濾光器在輻射方向上分別 與波長轉(zhuǎn)換器間隔，圖IOA在橫截面中示出了沒有濾光器的光電子器件，圖IOB在橫截面中示出了帶有UV濾光器的光電子器件，圖IOC在橫截面中示出了帶有綠色濾光器的光電子器件，圖IOD在曲線圖中示出了作為磷濃度C的函數(shù)的、根據(jù)圖10AU0B和IOC的器件
的輻射效率Ε，圖11示出了帶有光電子模塊作為光源的投影裝置的斜視圖。在所繪出的附圖中，波長轉(zhuǎn)換器2、UV濾光器3和可見濾光器4以不同的實(shí)施形式 存在。如果多個(gè)發(fā)光二極管芯片1共享共同的波長轉(zhuǎn)換器2a或者共同的濾光器3a、4a，則 針對參考標(biāo)記分別增加字母a。如果發(fā)光二極管芯片1具有獨(dú)立的波長轉(zhuǎn)換器2b或者獨(dú)立 的濾光器3b、4b，則增加字母b。在下面的附圖中描述的實(shí)施例中，存在標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式的綠色I(xiàn)nGaN-LED和 UV-InGaN-LED0此外，使用綠色濾光器。然而，這不應(yīng)限制于InGaN-LED和產(chǎn)生綠色光。更
7確切地說，可以類似地使用具有其他半導(dǎo)體層序列和其他結(jié)構(gòu)形式的LED。此外，所發(fā)射的 輻射可以具有其他波長，例如在藍(lán)色、紅色或者黃色波長范圍中的輻射。在圖IA中針對標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式的不同的InGaN-LED分別繪出了關(guān)于所發(fā)射的光的 主波長λ Peak的線性因數(shù)L8Q/2Q。通過針對各LED得到的測量值100繪出均衡曲線101。線性因數(shù)L8tlZ2tl是針對LED的大電流效率的度量并且定義為在工作電流I = 80mA 和I = 20mA的情況下所發(fā)射的功率的比值。在理想情況下，該因數(shù)對應(yīng)于兩個(gè)工作電流的 比值并且由此應(yīng)當(dāng)在值4附近。這里測量的LED產(chǎn)生具有在400nm至525nm的范圍中的主波長λ Peak的光。在圖 1中可以看到的是，朝著更大的波長的方向，大電流效率明顯降低。例如，在400nm的范圍中 的波長情況下，也即針對紫色輻射，L80720在3. 4至3. 8的范圍中。在420nm的波長情況下， 也即針對藍(lán)色輻射，L8_降低到2. 9至3. 3的范圍中的值。在520nm的范圍中的波長情況 下，也即針對綠色輻射，L80720在2. 4的值以下。在圖2 中針對 λ Peak = 525nm 的綠色 InGaN-LED 102 和具有 λ Peak = 400nm 的 UV-InGaN-LED 103繪出了關(guān)于OmA彡I彡80mA的工作電流I的、所發(fā)射的光功率P (單位 為 mW)。從圖2中一方面表明UV-LED 103的更好的內(nèi)部效率。在工作電流的整個(gè)范圍中， UV-LED 103的光功率在綠色LED 102的光功率之上。例如，在工作電流為I = 80mA時(shí)， UV-LED 103的光功率為綠色LED 102的光功率的3倍。此外，圖2示出了 UV-LED 103的明 顯更好的大電流效率。在綠色LED 102的情況下光功率從I = 20mA至I = 80mA略為超過 兩倍，而UV-LED 103的光功率變?yōu)?倍。在圖3A中針對具有波長轉(zhuǎn)換器104的UV-LED (以下稱為轉(zhuǎn)換器LED)以及針對綠 色LED 105繪出了關(guān)于mA為單位的工作電流I的、以流明為單位的光通量Φ。光通量Φ 是針對借助眼睛靈敏度來評價(jià)的光源的亮度的度量。為了計(jì)算Φ，將LED在確定的光譜范 圍中的輸出功率與該光譜范圍中的眼睛靈敏度相乘，并且隨后關(guān)于整個(gè)光譜空間求積分。轉(zhuǎn)換器LED 104發(fā)射具有主波長Xpeak = 527nm的光。在整個(gè)測量的電流范圍 20mA ^ I彡350mA中，由轉(zhuǎn)換器LED 104產(chǎn)生的光通量Φ大于綠色LED 105的光通量。在 工作電流為I = 50mA的情況下兩個(gè)LED的光通量Φ在相似的值附近，而在工作電流為I = 350mA的情況下曲線104、105的距離明顯更大。為了說明，這些區(qū)域在圖3A中被圈出。在 工作電流為I = 350mA的情況下，轉(zhuǎn)換器LED 104具有如下光通量Φ 該光通量Φ比綠色 LED 105的光通量Φ大85%。此外，針對L8(1/2(1 = 3. 35的轉(zhuǎn)換器LED 104的線性因數(shù)L8(1/2(1 明顯比具有L8Q/2Q = 2. 25的綠色LED 105更為有利。在圖3B中針對根據(jù)圖3A的LED 104,105繪出了關(guān)于mA為單位的工作電流I的
主波長 Peak0對于兩個(gè)LED 104、105在I 20mA的情況下，所發(fā)出的光具有λ Peak ^ 528nm的 主波長。在綠色LED 105的情況下，主波長在工作電流提高的情況下朝著更短波長的方向 推移。然而在轉(zhuǎn)換器LED 104的情況下，主波長在20mA到350mA之間僅僅較少地減小。在 I = 350mA的情況下，主波長λ Peak ^ 526nm。圖3A和3B由此示出，轉(zhuǎn)換器LED 104與綠色LED 105相比關(guān)于大電流效率方面 以及關(guān)于波長推移方面都具有更為有利的特性。
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圖4A示出了波長轉(zhuǎn)換器2、UV濾光器3和綠色濾光器4的布置可能性。波長轉(zhuǎn)換 器2在兩個(gè)濾光器3、4之間。如果該布置使用在轉(zhuǎn)換器LED中，則UV-LED在UV濾光器3 的背離波長轉(zhuǎn)換器2的側(cè)上。在圖4B中示出了一種布置，其對應(yīng)于在圖4A中示出的波長轉(zhuǎn)換器2、UV濾光器3 和綠色濾光器4的布置。然而，在此兩個(gè)濾光器3、4設(shè)置在支承體51、52上。對此可替選 地，也可以僅僅將濾光器3、4之一設(shè)置在支承體51、52上。與這里所示出的布置不同，濾光 器3、4也可以設(shè)置在支承體51、52的背離波長轉(zhuǎn)換器2的側(cè)上。優(yōu)選的是，支承體材料具 有高的導(dǎo)熱性，并且由此可以良好地散發(fā)形成的熱。特別地有利的是，至少將UV濾光器設(shè) 置在支承體51上，以便將UV-LED中形成的熱散發(fā)。在圖5中繪出了作為入射到UV濾光器上的輻射的波長λ的函數(shù)的、UV濾光器的 透射能力T和反射能力R。因?yàn)檫@些值與輻射射到UV濾光器上的入射角強(qiáng)烈地相關(guān)，所以 在六個(gè)曲線中示出了針對六種不同入射角的T和R。在此，曲線111、112、113、114、115和 116對應(yīng)于入射角0°、15°、30°、45°、60°和70°。在380nm彡λ彡420nm的范圍中， 對于所有入射角，透射能力為T ^ 90%。對于所有其他波長區(qū)域，對于多個(gè)入射角的透射能 力明顯在該值以下。反射能力R由濾光器的當(dāng)前吸收A情況下的透射能力T得到為R = 100% -T-A0 因?yàn)檫@里所測量的濾光器的吸收是可忽略的，所以反射R直接由R =100%-T得到，并且同 樣由圖5表明。對于在525nm到570nm之間的范圍中的波長，對于幾乎所有入射角都將入 射的光的至少45%反射。于是，當(dāng)前的濾光器選擇性地針對綠色光、例如針對λ = 525nm具有高的反射能 力，并且選擇性地針對UV輻射、例如針對λ = 400nm具有高的透射能力，并且因此稱為UV
濾光器ο在圖6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A和9B中示意性示出了針對光電子模塊的不同的實(shí)施 例。所有示出的器件具有六個(gè)UV-LED 1。一個(gè)或者多個(gè)波長轉(zhuǎn)換器2a、2b將UV輻射轉(zhuǎn)換 為更大波長的輻射，在此轉(zhuǎn)換為綠色光。在每個(gè)發(fā)光二極管芯片1和每個(gè)波長轉(zhuǎn)換器2a、2b之間有至少一個(gè)UV濾光器3a、 3b，其對于UV輻射是可透射的并且反射綠色輻射。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，該濾光器具 有根據(jù)圖5的透射能力和反射能力。如果要發(fā)射具有另一波長的可見光，可以使用具有另 一反射特性的濾光器。在波長轉(zhuǎn)換器2a、2b的背離發(fā)光二極管芯片1的側(cè)上有至少一個(gè)綠 色濾光器4a、4b，其對于綠色光是可透射的并且反射UV輻射。在另一實(shí)施形式中，光電子模 塊可以僅僅包括一種濾光器。圖6A在橫截面中示出了一種光電子模塊11，其中所有UV-LED 1共享共同的UV濾 光器3a、共同的綠色濾光器4a以及共同的波長轉(zhuǎn)換器2a。在此，器件3a、4a和2a實(shí)施為 平坦的層，它們直接彼此鄰接。UV濾光器3a借助連接材料7固定在UV-LED 1的發(fā)射輻射 的正面10上，其中該連接材料例如可以是硅樹脂粘合劑或者澆注材料。圖6B示出了該模塊11的俯視圖。在此，可以看到六個(gè)UV-LED 1以及共同的綠色 濾光器4a，該綠色濾光器幾乎完全覆蓋UV-LED 1。在圖7A中在橫截面中示出了模塊11的一個(gè)實(shí)施例，其中每個(gè)UV-LED 1具有獨(dú)立 的UV濾光器3b、獨(dú)立的綠色濾光器4b以及獨(dú)立的波長轉(zhuǎn)換器2b。這些元件類似于圖6A實(shí)施為平坦的層并且直接彼此鄰接。獨(dú)立的UV濾光器3b在此也借助連接材料7固定在 UV-LED 1 上。圖7B示出了根據(jù)圖7A的模塊11的俯視圖，其中可以看到獨(dú)立的綠色濾光器4b， 它們除了接觸區(qū)域之外覆蓋UV-LED 1。在圖8A中示出了模塊11的一個(gè)實(shí)施例，其中所有UV-LED 1共享共同的波長轉(zhuǎn)換 器2a、共同的UV濾光器3a和共同的綠色濾光器4a。UV濾光器3a借助連接材料7固定在 UV-LED 1上。綠色濾光器4a與波長轉(zhuǎn)換器2a間隔。存在的間隙6例如是氣隙或者用澆注 材料填充。圖8B示出了模塊11的另一實(shí)施例，其中如在圖8A中那樣所有UV-LED 1共享共 同的UV濾光器4a，該UV濾光器與波長轉(zhuǎn)換器2b間隔。然而不同于圖8A，在此UV-LED 1 具有獨(dú)立的UV濾光器3b和獨(dú)立的波長轉(zhuǎn)換器2b。圖9A示出了模塊11的一個(gè)實(shí)施例，其帶有共同的波長轉(zhuǎn)換器2a、共同的綠色濾 光器4a和獨(dú)立的UV濾光器3b。獨(dú)立的UV濾光器3b和共同的綠色濾光器4a分別直接與 波長轉(zhuǎn)換器2a鄰接。不同于所有到此為止所示的實(shí)施例，獨(dú)立的UV濾光器3b單片集成到 UV-LED 1 中。在圖9B中示出了模塊11的另一實(shí)施例，其與圖9A中所示的布置的不同在于在UV 濾光器3b和波長轉(zhuǎn)換器2a之間以及在綠色濾光器4a和波長轉(zhuǎn)換器2a之間的附加的間隙 6。這些間隙6可以包含空氣或者澆注材料。在圖10AU0B和IOC中在橫截面中示出了不同的光電子器件，其輻射效率E被計(jì) 算并且在圖IOD中繪出。在圖IOA中示出了 UV-LED 1，其帶有例如借助焊接連接9施加到輔助支承體18上 的波長轉(zhuǎn)換器。所示的光電子器件不具有濾光器。在圖IOB中，綠色濾光器4附加地位于 波長轉(zhuǎn)換器2的背離UV-LED 1的側(cè)上。在圖IOC中替代地在波長轉(zhuǎn)換器2和UV-LED 1之 間有UV濾光器3。該裝置的輻射效率E根據(jù)相應(yīng)的波長轉(zhuǎn)換器2中的磷濃度C來計(jì)算。在圖IOD中，關(guān)于以最大濃度的百分比(％)為單位的磷濃度C繪出了以最大輻射 效率的百分比(％ )為單位的綠色光22、23、24的所計(jì)算的輻射效率。對于根據(jù)圖IOA的布 置，此外繪出了針對未被轉(zhuǎn)換的UV輻射21的輻射效率。在圖IOA中所示的布置中，在為零的(verschwindend)磷濃度C的情況下根據(jù)預(yù) 期沒有發(fā)射綠光，并且輻射效率22為0%左右。與此相對，在UV-LED 1中產(chǎn)生的UV輻射 21的大約45%被耦合輸出。對于UV輻射21的輻射效率E在磷濃度增加的情況下降低，并 且在C = 90%的情況下幾乎為0%。與此相對，對于綠光22，E在磷濃度增加的情況下才升 高，在C = 50%的情況下達(dá)到其最大值E 31%，并且在C進(jìn)一步增大的情況下緩慢降低。 輻射效率22的降低可以歸因于在波長轉(zhuǎn)換器和LED芯片中的吸收。在C = 90%的情況下， 輻射效率22為E 20%。通過使用根據(jù)圖IOB的綠色濾光器4，提高了綠光24的輻射效率。原因在于，綠色 濾光器將UV輻射的一部分又反射回波長轉(zhuǎn)換器2中。在此，其可以被重新轉(zhuǎn)換為綠光。圖IOD也示出了根據(jù)圖IOC的在存在UV濾光器3的情況下綠光23的輻射效 率。輻射效率23明顯高于在存在綠色濾光器的情況下的輻射效率24。在所觀察的10%
10^C^ 70%的范圍中，在濃度C增加的情況下，輻射效率23增加并且對于C = 70%的情況 在E 55%的值左右。這歸因于，綠色光被UV濾光器向回反射并且于是降低了在UV-LED 中的吸收?？傊?，由圖10D中明顯得出的是，通過使用綠色濾光器4以及UV濾光器3明顯提 高了針對綠光的輻射效率24、23。沒有濾光器的裝置的輻射效率22在E 30%的范圍中 的最大值附近，而在綠色濾光器4的情況下達(dá)到E 35%的最大值，并且在UV濾光器3的 情況下達(dá)到明顯超過50%的最大值?？梢灶A(yù)期的是，在同時(shí)使用綠色濾光器4和UV濾光器 3的情況下輻射效率被再次提高。圖11示出了投影裝置12，其中使用光電子模塊11用于產(chǎn)生光。光電子模塊11具 有六個(gè)UV-LED 1，以及器件UV濾光器3、波長轉(zhuǎn)換器2和在根據(jù)圖6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A 或9B的實(shí)施形式中的綠色濾光器4。光電子模塊11被框架17包圍，該框架可以良好地將 形成的熱散發(fā)。該框架設(shè)置在輔助支承體18上，該輔助支承體又位于支承體13上。在該 支承體13上施加有電路板14，用于電接觸光電子模塊11的印制導(dǎo)線15被引入該電路板 中。印制導(dǎo)線15與插頭16相連，該插頭可以被電連接。本發(fā)明并未通過借助實(shí)施例的描述而局限于此，而是包括任意新的特征和特征的 任意組合。這尤其是包含在權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使該特征或者該組合本身并 未明確地在權(quán)利要求或者實(shí)施例中說明。本專利申請要求德國專利申請DE 102008006974. 4和DE102008017071. 2的優(yōu)先
權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種光電子模塊，具有 多個(gè)發(fā)光二極管芯片(1)，其產(chǎn)生UV輻射， 至少一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器(2)，其在輻射方向上設(shè)置在發(fā)光二極管芯片(1)之后并且將UV輻射至少部分地轉(zhuǎn)換為可見波長范圍中的輻射，以及 至少一個(gè)濾光器(3，4)，其對于兩種輻射類型之一具有高的透射能力，并且對于另一輻射類型具有高的反射能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子模塊，具有UV濾光器(3)，該UV濾光器位于波長轉(zhuǎn)換 器(2)和發(fā)光二極管芯片(1)之間，并且對于UV輻射具有高的透射能力，而對于可見波長 范圍中的輻射具有高的反射能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電子模塊，具有可見濾光器(4)，該可見濾光器在輻射 方向上設(shè)置在波長轉(zhuǎn)換器(2)之后，并且對于可見波長范圍中的輻射具有高的透射能力， 而對于UV輻射具有高的反射能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中至少一個(gè)濾光器(3，4)設(shè) 置在輻射可穿透的、尤其是透明的支承體(51、52)上，該支承體具有高的導(dǎo)熱性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電子模塊，其中波長轉(zhuǎn)換器(2)包含于輻射可透射的、透明 的支承體(51，52)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中至少兩個(gè)、尤其是所有的發(fā) 光二極管芯片(1)具有共同的波長轉(zhuǎn)換器(2a)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中濾光器(3，4)在輻射方向上 與波長轉(zhuǎn)換器(2)間隔。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中空氣或者澆注材料位于濾光 器(3，4)和波長轉(zhuǎn)換器(2)之間。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中UV濾光器(3)單片集成到發(fā) 光二極管芯片(1)中。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中UV濾光器(3)在輻射方向 上與發(fā)光二極管芯片(1)間隔。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，其中硅樹脂粘合劑或者澆注材 料位于UV濾光器(3)和發(fā)光二極管芯片(1)之間。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊，具有至少三個(gè)發(fā)光二極管芯片(1)，其中_每個(gè)發(fā)光二極管芯片(1)與透射UV輻射的UV濾光器(3) —對一地關(guān)聯(lián)，并且在每個(gè) 發(fā)光二極管芯片(1)之后直接設(shè)置有所述UV濾光器(3)，其中每個(gè)發(fā)光二極管芯片(1)與 其UV濾光器(3)單片集成，-在發(fā)光二極管芯片(1)和UV濾光器(3)構(gòu)成的布置之后設(shè)置有恰好一個(gè)波長轉(zhuǎn)換器(2)，并且-在波長轉(zhuǎn)換器(2)之后設(shè)置有恰好一個(gè)可見濾光器(4)。
13.一種投影裝置，其中將根據(jù)權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的光電子模塊設(shè)計(jì)為 光源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的投影裝置，其中光電子模塊被導(dǎo)熱的框架(17)包圍。
全文摘要
提出了一種光電子模塊(11)用于發(fā)射可見波長范圍中的單色輻射。該模塊(11)具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片(1)，其產(chǎn)生UV輻射。UV輻射被波長轉(zhuǎn)換器(2)轉(zhuǎn)換為可見范圍中的光，例如轉(zhuǎn)換為綠色光。通過使用兩個(gè)選擇性地反射和透射的濾光器(3，4)，優(yōu)化了模塊(11)的光耦合輸出。該模塊(11)可以用作投影裝置(12)中的光源。
文檔編號H01L27/32GK101933145SQ200980103851
公開日2010年12月29日 申請日期2009年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者岡特·斯帕思, 基爾斯廷·彼得森, 多米尼克·艾澤特, 斯特凡·格勒奇, 斯特凡·米勒, 諾貝特·林德, 馬蒂亞斯·彼得 申請人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司