具有辐射转换元件的光电子装置和用于制造辐射转换元件的方法与流程

提出一种具有辐射转换元件的光电子装置和一种用于制造辐射转换元件的方法。

背景技术：

为了显示尤其运动的图像，通常应用液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)，例如呈显示屏或投影仪的形式。这些液晶显示器例如能够借助于发光二极管作为辐射源从背光照明。然而，通过在lcd中用于产生图像的偏振镜，典型地失去辐射源的相对大的辐射份额。为了补偿所述损失，维持辐射源的相对提高的初级光通量，这引起提高的能量消耗。

技术实现要素：

一个目的是，提高在lcd的背光照明中的效率。

所述目的还通过根据独立权利要求的光电子装置或方法实现。改进方案和实施方式是从属权利要求的主题。

根据光电子装置的至少一个实施方式，装置具有至少一个半导体芯片，所述半导体芯片具有设为用于产生辐射的有源区域。尤其，辐射位于紫外的，可见的，尤其蓝色的或红色的或近红外的光谱范围中。半导体芯片例如设置在壳体中或未封装地固定在连接载体上，例如固定在电路板上。

根据光电子装置的至少一个实施方式，装置具有辐射转换元件。辐射转换元件沿放射方向尤其设置在半导体芯片下游。放射方向尤其垂直于有源区域的主延伸平面伸展。辐射转换元件设为用于：将由至少一个半导体芯片产生的初级辐射，例如在蓝色的或紫外的光谱范围中的初级辐射完全地或至少部分地转换为次级辐射。次级辐射例如能够处于红色的、绿色的、黄色的和/或蓝色的光谱范围中。尤其，次级辐射能够在可见的光谱的至少两个彼此不同的光谱范围中包含辐射份额，例如在红色的和在绿色的光谱范围中的辐射份额。

例如，辐射转换元件邻接于半导体芯片。辐射转换元件例如是半导体芯片的包封部。

替选地，辐射转换元件例如是光电子装置的预制的元件。预制的辐射转换元件例如是无支撑的元件，例如预制的薄膜或预制的小板。

根据光电子装置的至少一个实施方式，辐射转换元件具有多个转换体。术语“转换体”通常表示适合于辐射转换的体部，例如发光材料颗粒或发光材料分子。转换体能够包含无机的和/或有机的材料。尤其，转换体能够分别具有对称轴线。

例如，有机材料是适合的，例如二萘嵌苯、荧光素、香豆素、罗丹明、二苯乙烯、卟啉、酞菁染料或嵌二萘。

此外，无机半导体材料是适合的，例如gan、inn、aln及其混合晶体，例如ingan或alingan、cuins2、cdse、cds、inp、pbs、inas、znse、znsse或znssete。尤其，借助于无机的半导体材料能够形成量子棒。尤其将如下体积体理解为量子棒，所述体积体由于其小的尺寸至少横向于纵向延伸轴线经受能量状态的量子化。量子棒尤其不是球对称的。例如，量子棒是关于其纵向延伸轴线旋转对称的。

根据至少一个实施方式，转换体是具有纵向延伸轴线的长形的转换体。尤其，纵向延伸轴线是对称轴线。沿着纵向延伸轴线，长形的转换体具有比横向于其或垂直于其伸展的方向更大的伸展。对称轴线沿着如下方向伸展，转换体沿着所述方向的伸展最大。

辐射转换元件还能够具有多个转换体，所述转换体的次级辐射的峰值波长不同。例如，第一转换体在红色的光谱范围中发射，而第二转换体在绿色的光谱范围中发射。

根据光电子装置的至少一个实施方式，转换体的空间定向具有优先方向。例如，转换体的空间定向涉及所述转换体的对称轴线。因此，对称轴线的空间定向具有优先方向。因此，转换体在其取向方面，例如在其对称轴线的取向方面不随机地分布。尤其，至少50％的转换体，优选至少80％的转换体定向为，使得转换体的对称轴线以相对于优先方向最高20°的角度伸展。在理想情况下，所有转换体都沿着优先方向定向。然而，当转换体仅部分地沿着优先方向定向时，也已经实现光电子装置的提高的效率。

优先方向平行于有源区域的主延伸平面伸展。

根据光电子装置的至少一个实施方式，由辐射转换元件放射的辐射具有优先偏振，所述辐射转换元件具有多个转换体。优先偏振尤其在垂直于优先方向伸展的平面中伸展。因此，由辐射转换元件发射的次级辐射至少被部分偏振。

根据光电子装置的至少一个实施方式，光电子装置具有进行反射的偏振元件，所述偏振元件沿放射方向设置在辐射转换元件下游。尤其，由半导体芯片和辐射转换元件放射的辐射在其能够从光电子装置中射出之前，必须经过进行反射的偏振元件。进行反射的偏振元件主要允许具有优先偏振的辐射通过，也就是说允许至少51％的辐射通过。优选地，进行反射的偏振元件允许至少80％的具有优先偏振的辐射通过。对于所述辐射份额的透射率越高，吸收损失整体上就会越少。此外，进行反射的偏振元件大部分地反射垂直于优先偏振来偏振的辐射。因此，其偏振不对应于优先偏振的辐射至少不会大部分地通过在进行反射的偏振元件处吸收而失去，而是被反射并且能够在光电子装置内部的至少一次另外的反射或散射之后重新射到进行反射的偏振元件上并且至少部分地从光电子装置中射出。

优选地，进行反射的偏振元件对于所述辐射份额的反射率至少为60％，特别优选至少为80％。例如，进行反射的偏振元件构成为预制的薄膜。这种薄膜例如由制造商3m光学系统以名称dbef(dualbrightnessenhancementfilm双亮度增强膜)提供。所述薄膜设为用于：设置在光导体和液晶显示器之间，以便提高亮度。然而，已证实的是：这种薄膜也能够用于：使光电子装置本身放射已经偏振的或至少部分偏振的辐射。所述偏振的或至少部分偏振的辐射能够耦合输入到光导体中，以对液晶显示器进行背光照明，或者将液晶显示器直接进行背光照明。

在光电子装置的至少一个实施方式中，光电子装置具有半导体芯片，所述半导体芯片具有设为用于产生辐射的有源区域，其中沿放射方向在半导体芯片下游设置有辐射转换元件。辐射转换元件具有多个转换体，所述转换体分别具有对称轴线，其中对称轴线的空间定向具有优先方向。由辐射转换元件放射的辐射具有优先偏振。光电子装置具有进行反射的偏振元件，所述偏振元件沿放射方向设置在辐射转换元件下游，其中进行反射的偏振元件允许具有优先偏振的辐射大部分地通过，并且将垂直于优先偏振来偏振的辐射大部分地反射。

因此，光电子装置不放射未偏振的辐射，而是放射偏振的或至少部分偏振的辐射。在本文中，部分偏振意味着：一个偏振方向相对于垂直于其伸展的另一偏振方向占大部分，例如至少多10％，优选至少多50％。由于其在偏振滤波器处的偏振，在下游设置的液晶显示器的输入偏振滤波器处失去的辐射份额能够减小。因此，与放射未偏振的辐射的光电子装置不同，放射的辐射的不到一半在所述输入偏振滤波器处失去。因此，在光电子装置的功率消耗相同的情况下，可用于对液晶显示器进行背光照明的辐射份额提高。同样地，能够以光电子装置的降低的功率消耗实现相同亮度的背光照明。换言之，辐射的对于液晶显示器的功能所需的偏振不仅通过辐射入射侧的偏振滤波器实现，这在未偏振的辐射的情况下强制性造成一半辐射功率的损失。更确切地说，在光电子装置中产生辐射，使得从该光电子装置中射出的辐射已经大部分地，例如55％或更多的或65％或更多的辐射具有适当的偏振。尤其，在辐射转换元件中，已经产生辐射，使得适当的偏振占大部分。因此，仅通过具有该定向的转换体的辐射转换元件实现相对于具有常规的辐射转换元件的装置提高的效率。效率的进一步升高能够通过进行反射的偏振元件实现，因为由于其偏振而不可用的辐射份额至少大部分地不由进行反射的偏振元件吸收，而是被反射并且随后能够从光电子装置中射出。

根据光电子装置的至少一个实施方式，转换体包含量子棒并且尤其具有在1.5:1和40:1之间的纵向伸展与最大横向伸展的比，其中包含边界值。具有这种比例的转换体被证实为对于用于产生至少部分偏振的辐射的辐射转换元件是特别适合的。

尤其，与此不同地，借助于有机材料形成的转换体能够也具有横向伸展，所述横向伸展等于或基本上等于沿着对称轴线的伸展。

根据光电子装置的至少一个实施方式，半导体芯片至少局部地由尤其进行漫反射的反射器包围。在进行反射的偏振元件处反射的辐射能够在漫反射之后具有至少一个具有优先偏振的辐射份额并且从光电子装置中射出。例如，反射器由半导体芯片的壳体本体的壁形成。反射器也能够通过层形成，所述层直接邻接于半导体芯片。借助于聚合物填充剂还能够实现各向异性的散射。

根据光电子装置的至少一个实施方式，辐射转换元件具有基体材料，转换体嵌入到所述基体材料中。基体材料尤其包含聚合物材料。

根据光电子装置的至少一个实施方式，辐射转换元件局部地直接邻接于半导体芯片。例如，辐射转换元件形成用于半导体芯片的包封部。尤其，辐射转换元件能够以包封部的形式也覆盖半导体芯片的侧面。

根据光电子装置的至少一个实施方式，漫射体嵌入到基体材料中。借助于漫射体提高如下可能性，即不具有优先偏振的辐射在漫射体处散射之后能够从光电子装置中射出的可能性。优选地，漫射体引起各向异性的散射。

根据光电子装置的至少一个实施方式，进行反射的偏振元件具有多个层，所述层具有各向异性的折射率。进行反射的偏振元件能够以简单且可靠的方式紧凑地制造。

根据光电子装置的至少一个实施方式，与对于由辐射转换元件放射的次级辐射相比，进行反射的偏振元件对于由半导体芯片放射的初级辐射具有更高的反射率。这表明，光电子装置的效率能够升高，因为借助于转换体已经部分偏振地产生次级辐射并且通过在次级辐射的光谱范围中减小的反射率能够减小在光电子装置内部的吸收损失。

根据光电子装置的至少一个实施方式，进行反射的偏振元件邻接于辐射转换元件或者与辐射转换元件间隔开最高200μm。尤其，辐射转换元件和进行反射的偏振元件能够机械稳定地相互固定。尤其，在进行反射的偏振元件和辐射转换元件之间不存在光导体。

根据光电子装置的至少一个实施方式，进行反射的偏振元件的主延伸平面和有源区域的主延伸平面彼此平行地伸展。

根据光电子装置的至少一个实施方式，光电子装置是可表面安装的半导体器件(surfacemounteddevice，smd)。因此，光电子装置是可以简单的方式安装的半导体器件，所述半导体器件的特征在于偏振的或至少部分偏振的放射。然而，替选地，光电子装置也能够是在连接载体，例如电路板上的一个半导体芯片或多个半导体芯片的装置。

根据光电子装置的至少一个实施方式，光电子装置设为用于对液晶显示器进行背光照明。

能够特别能量有效地且同时以长的运行时长进行背光照明。光电子装置尤其能够设为用于侧向地耦合输入到光导体中或者用于液晶显示器的背光照明。

在用于制造辐射转换元件的方法中，根据实施方式中的至少一个，提供液态的原始材料，所述原始材料掺入有转换体，所述转换体分别具有对称轴线。将原始材料填充到模具中。将转换体的对称轴线至少部分地沿着优先方向定向。使原始材料硬化。

由此产生辐射转换元件，其中转换体以定向的形式存在于基体材料中。通过所述方法，能够以简单的方式制造辐射转换元件，所述辐射转换元件在通过初级辐射激励时放射至少部分偏振的次级辐射。

根据方法的至少一个实施方式，将转换体通过电场定向。尤其也在硬化期间至少以如下时长施加电场，使得转换体在切断电场之后至少部分地保持其沿着优先方向的定向。

根据方法的至少一个实施方式，模具是腔室，在所述腔室中设置有至少一个半导体芯片。例如，腔室构成在用于尤其光电子的半导体器件的预制的壳体中。

但是与此不同，模具也能够设为用于：构成无支撑的转换元件，例如所述转换元件呈小板或薄膜的形式。在此情况下，能够在硬化之后将模具移除。

此外，能够应用液晶聚合物。借助于这种聚合物，能够使定向变得简单。

从下面结合附图所描述的实施例中得出其他设计方案和改进方案。

附图说明

附图示出：

图1a、1b和1c示出用于光电子装置的实施例的示意俯视图(图1a)和两个所属的剖视图(图1b和1c)；

图1d示出具有光电子装置的显示设备的实施例；以及

图2a和2b借助于示意地以俯视图示出的中间步骤示出用于制造辐射转换元件的方法的实施例。

相同的，同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在图中示出的元件彼此间的相互关系不能够视为是符合比例的。更确切地说，为了更好地示出和/或为了更好的理解，能够夸大地示出个别元件和尤其层厚度。

具体实施方式

在图1a至1c中借助于一个俯视图和两个彼此垂直取向的剖视图示出光电子装置1的实施例。

光电子装置1具有设为用于产生辐射的半导体芯片2。例如，半导体芯片包含设为用于在蓝色的或紫外的光谱范围中产生辐射的有源区域20，所述有源区域基于氮化物半导体材料，例如alxinyga1-x-yn，其中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。由半导体芯片放射的辐射尤其是未偏振的。

此外，光电子装置1具有辐射转换元件3，所述辐射转换元件沿放射方向21设置在半导体芯片2下游。因此，辐射转换元件3是光电子装置的一部分。因此，在光电子装置的运行中在半导体芯片2中产生的初级辐射从光电子装置的辐射出射面10中射出之前，辐射必须穿过辐射转换元件3。

辐射转换元件3包括多个转换体4。转换体4分别具有对称轴线40。在示出的实施例中，转换体是长形的转换体，例如无机的量子棒，在所述量子棒中纵向延伸轴线形成对称轴线。沿着纵向延伸轴线的纵向伸展大于垂直于纵向延伸轴线伸展的最大横向延伸42。

辐射转换元件3具有基体材料35，辐射转换元件3的转换体4嵌入到所述基体材料中。基体材料尤其包含聚合物材料和/或无机的氧化物。例如，适合作为基体材料的是pet、pe、ps、pmma、丙烯酸酯/盐、环氧化物、硅树脂或具有至少一种环氧化物或硅树脂的有机-无机聚合物，例如硅树脂，其中结合有al2o3或sio2。

在通过初级辐射81光学激励转换体4时，转换体发射次级辐射82。

在辐射转换元件3中，各个转换体4定向为，使得转换体4的对称轴线40具有优先方向45。优先方向尤其垂直于放射方向21并且平行于有源区域20伸展。在示出的实施例中，所有对称轴线40平行于优先方向伸展。在该理想情况下，在辐射转换元件3中由转换体4产生的次级辐射完全被偏振，其中由辐射转换元件放射的辐射的优先偏振48在垂直于优先方向45的平面中伸展。然而，各个转换体4也能够具有对称轴线40的与优先方向45不同的取向，使得次级辐射82被部分偏振。

长形的转换体4例如具有在1.5:1和40:1之间的纵向伸展与最大横向伸展的比，其中包含边界值。

转换体4例如能够是发光材料颗粒或发光材料分子。转换体还能够包含有机的和/或无机的材料。尤其在所说明书的概述部分中提到的无机的和有机的材料适合用于转换体。

与所描述的实施例不同，转换体不必一定强制性长形地构成。例如，也能够应用有机的分子，所述分子相对于对称轴线的横向伸展是等于或基本上等于沿着纵向轴线的伸展。

光电子装置1还具有进行反射的偏振元件5。进行反射的偏振元件沿放射方向21设置在辐射转换元件3下游。进行反射的偏振元件允许具有优先偏振48的辐射大部分地通过并且大部分地反射垂直于优先偏振来偏振的辐射。在示出的实施例中，进行反射的偏振元件5形成光电子装置1的辐射出射面10。

优选地，进行反射的偏振元件5允许至少80％的具有优先偏振48的辐射通过。此外，进行反射的偏振元件大部分地反射垂直于优先偏振来偏振的辐射。因此，其偏振不对应于优先偏振的辐射至少不大部分地通过在进行反射的偏振元件处的吸收而失去，而是被反射并且能够回到辐射转换元件3中。优选地，对于所述辐射份额的反射率至少为60％，特别优选至少为80％。

进行反射的偏振元件5例如构成为预制的薄膜，所述薄膜固定在辐射转换元件3上。在辐射出射面10的俯视图中，进行反射的偏振元件5完全地覆盖辐射转换元件3。进行反射的偏振元件5在示出的实施例中邻接于辐射转换元件3。然而，与其不同，这些元件也能够彼此间隔开，例如彼此间隔开最高200μm。

在示出的实施例中，进行反射的偏振元件5具有多个层51，所述层具有各向异性的折射率。由此，能够以简单且可靠的方式实现偏振相关的透射率并且同时实现对于不允许通过的辐射份额的高的反射率。反射率和/或透射率也能够是波长选择性的并且与对于次级辐射相比，例如对于初级辐射更高或更低。

优选地，进行反射的偏振元件5对于在有源区域20中未偏振地产生的初级辐射具有比对于次级辐射更高的反射率。通过对于初级辐射的高的反射率，能够将具有不适合的偏振的辐射份额向回反射。相反，已经部分偏振地产生次级辐射，使得通过较低的反射率能够避免在光电子装置1内部的吸收损失。

光电子装置1还具有反射器7，所述反射器构成为对于初级辐射和次级辐射是漫反射的。反射器优选具有至少80％的反射率。反射率越高，在光电子装置内部的吸收率损失能够更小。在示出的实施例中，反射器通过壳体本体25的腔室250的壁26形成。半导体芯片2设置在腔室250中并且沿横向方向，即平行于有源区域20的主延伸平面由反射器包围。不具有适合的偏振的辐射为了能够从进行反射的偏振元件中射出，能够在所述偏振元件处被反射。在光电子装置1内部的，例如在反射器7处的每次尤其漫反射中，辐射的偏振状态统计学地改变，使得辐射的至少一部分在随后射到进行反射的偏振元件5上时能够从光电子装置1中射出。在基体材料35中为了提高耦合输出概率可选地嵌入有漫射体75。

由光电子装置1产生的和通过光电子装置的辐射出射面10射出的辐射被偏振或至少部分偏振。因此，光电子装置1本身已经提供偏振的或至少部分偏振的辐射，使得在对液晶显示器进行背光照明时减小在偏振滤波器处的损失，所述偏振滤波器设置在液晶显示器的辐射入射侧上。此外，根据借助于已经定向的转换体进行的产生机制，已经以优先偏振在辐射转换元件3中产生次级辐射，并且光电子装置的效率提高。

在示出的实施例中，光电子装置是可表面安装的半导体器件。为了简化地描述，连接导体在附图中没有示出，经由所述连接导体从在壳体25外部从背离辐射出射面10的侧起可从外部电接触半导体芯片2。

在示出的实施例中，辐射转换元件3邻接于半导体芯片2，并且形成用于半导体芯片2的包封部22。然而，与其不同地，辐射转换元件也能够是预制的元件，所述元件固定在半导体芯片上。此外，辐射转换元件3也能够与半导体芯片2间隔开，并且尤其对于包封部附加地设置。

辐射转换元件3也还能够具有转换体4，所述转换体产生具有彼此不同的峰值波长的次级辐射份额。

例如，第一转换体产生在红色的波长范围中的辐射，而第二转换体产生在绿色的波长范围中的辐射。

显而易见地，光电子装置1也能够具有多于一个设为用于产生辐射的半导体芯片2，其中半导体芯片能够分别设置在一个壳体中，或者多个半导体芯片能够设置在一个壳体中。此外，替选地，多个半导体芯片也能够在一个壳体中设置和电接触或未封装地在连接载体上，例如在电路板上设置并且电接触。用于半导体芯片2的壳体的类型可在大范围中选择。例如，壳体25也能够由如下材料形成，所述材料模制到半导体芯片2上并且尤其形成反射器7。

光电子装置1还具有光学元件6。光学元件6设为用于：将由辐射转换元件3放射的辐射和通过进行反射的偏振元件射出的辐射以获得偏振的方式转向。为此，光学元件示例地具有多个纵向延伸的棱镜61，所述棱镜的纵向方向610平行于优先方向45伸展。尤其，棱镜能够将辐射准直到可用的角范围中。光学元件6例如能够构成为薄膜，所述薄膜设置在进行反射的偏振元件5上。薄膜尤其能够构成为所谓的提升亮度的薄膜(brightnessenhancementfilm，bef)。光学元件6和进行反射的偏振元件5也能够一件式地在薄膜中构成。此外，也能够弃用光学元件。

具有所描述的光电子装置1的显示设备9的实施例在图1d中示意地示出。显示设备具有光导体91，由光电子装置放射的辐射侧向地耦合输入到所述光导体中。光电子装置1设置在连接载体95上，例如设置在电路板上。在辐射耦合输入到光导体中之前，在半导体芯片2中产生的辐射和沿放射方向21放射的辐射经过进行反射的偏振元件5。因此，耦合输入到光导体中的辐射被偏振或至少部分偏振。光导体适宜地以获得偏振的方式构成。从光导体的主面910中射出的辐射照亮液晶显示器92。由于光电子装置1的至少部分偏振的放射，使在液晶显示器的输入偏振滤波器920处的吸收率损失变得最小。尤其，在光电子装置1中不可用于背光照明的辐射份额例如由于不适合的偏振已经在产生辐射时被减少，以利于提高可利用的辐射。

与示出的实施例不同，光电子装置1也能够设为用于对显示设备进行直接的背光照明。

在图2a和2b中借助于两个中间步骤以示意俯视图示出用于制造辐射转换元件的方法。所述描述对于辐射转换元件示例地如结合图1a至1c那样进行描述。

为了构成辐射转换元件，提供液态的原始材料30，所述原始材料掺入有例如长形的转换体4，所述转换体分别具有对称轴线40。原始材料填充到模具32中，例如通过浇注(molding)、注射成型(injectionmolding)或转送成形(transfermolding)。在示出的实施例中，壳体本体25的腔室250用作模具。如在图2a中示出，对称轴线40首先随机地取向并且不具有优先方向。

下面，如在图2b中示出，转换体的对称轴线至少部分地沿着优先方向45定向。这例如能够通过施加电场进行。现在，将原始材料30硬化，其中适宜地施加电场直至原始材料充分固化，使得转换体4的定向也在切断电场之后保持不变。

因此，能够以简单的方式制造辐射转换元件3，所述辐射转换元件在通过初级辐射激励时放射至少部分偏振的次级辐射。

与所描述的实施例不同，借助于所述方法也能够构成无支撑的转换元件，例如小板形式的转换元件。为此，在硬化之后能够将模具移除。

本专利申请要求德国专利申请102015101216.2的优先权，其公开内容通过参引接合于此。

本发明不通过根据实施例的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的任意组合，这尤其包含在权利要求中的特征的任意组合，即使这个特征或这些组合本身并未详尽地在权利要求或实施例中给出也如此。