光电子模块和带有光电子模块的投影装置的制作方法

专利名称：光电子模块和带有光电子模块的投影装置的制作方法
专利说明对于投影装置，需要带有高的光功率的光源。用于投影装置的传统光源在高的工 作电流下工作并且产生显著的废热。通过使用发光二极管芯片作为光源，可以避免这些不 利的效应。然而，目前发光二极管芯片的光功率对于多种投影应用而言太低。在出版物WO 2007/036214 Al和US 2006/0057753 Al中描述了光电子器件。一个要解决的任务是，提出一种带有高的光功率的光电子器件。发明人确定的是，发光二极管芯片的辐射效率在所产生的辐射的波长增大的情况 下强烈地降低。例如，产生UV辐射的发光二极管芯片的辐射效率明显高于产生在绿色波长 范围中的辐射的发光二极管芯片的效率。下面将这些发光二极管芯片简称为UV-LED或者 绿色LED。一方面，在低的工作电流I的情况下，例如在I = 20mA的情况下UV-LED的辐射 功率大于绿色LED的辐射功率。另一方面，在提高工作电流时，在绿色LED的情况下比在 UV-LED的情况下更快地达到功率中的饱和。在此，线性因数L8(i/2(i是针对发光二极管的大电 流效率的度量。L8tlZ2tl从工作电流为I = 80mA和I = 20mA时发射的光功率P的商中得到。 在理想情况下，该因数对应于两个工作电流的比值并且在值4左右。在UV-LED的情况下几 乎达到该理想值，然而在绿色LED情况下大大低于该理想值。提出了一种带有UV-LED和波长转换器的光电子器件。所产生的UV辐射通过LED 的正面发射，并且射到波长转换器上。该波长转换器将UV辐射至少部分地转换为可见光。该装置能够实现以高的效率发射在可见范围中的单色辐射。在此，当辐射的波长 在边界窄的范围中时，该辐射称为单色。所发射的辐射的光谱半值宽度△ λ优选在IOnm 到IOOnm的范围中。发射紫外辐射、即波长λ彡420nm的辐射的发光二极管芯片例如基于氮化镓铟 (InGaN)。该发光二极管芯片可以实施为薄膜发光二极管芯片。优选的是，波长转换器将UV辐射转换为主波长λ Peak在490nm至545nm的范围中 的绿色光。在此，主波长是如下波长所发射的光的强度最大值在该波长附近。在波长转换器的另一实施形式中，也可以产生在420nm至490nm的波长范围中的 蓝色光，或者产生在575nm至750nm的波长范围中的黄色光或者红色光。波长转换器优选包含基质材料，波长转换材料的颗粒位于该基质材料中。适于作 为基质材料的是透明材料如玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅、透明陶瓷例如Al2O3、金刚石、硅树 脂、丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、环氧树脂或者这些材料的混合物。优选的是，基质材料 具有高的导热性，并且由此可以良好地将形成的废热散发。具有非常高的导热性的材料例 如是碳化硅或者金刚石。波长转换材料的颗粒优选尽可能均勻地分布在基质材料中。作为波长转换材料合适的是如下材料其被以来自稀土族的金属掺杂，例 如石榴石、碱土金属硫化物、硫代镓酸盐(Thiogalate)、铝酸盐、正硅酸盐、氯硅酸盐 (Chlorosilikate)、碱土金属硅氮化物(Erdalkalisiliziumnitride)、氮氧化物、氮氧化铝 以及氮氧化硅。例如使用YAG :Ce，其带有铈掺杂的石榴石发光材料YAG。
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在一个实施形式中，基质材料同时由转换材料形成，例如可以使用YAG陶瓷。也就 是说，波长转换器例如实施为陶瓷转换板。在这种情况中，陶瓷波长转换材料被烧结为陶瓷 层，在该陶瓷层中，穿过的辐射的散射可以通过陶瓷材料的密度和陶瓷材料中的气态夹杂 物的孔径大小来调节。此外，陶瓷层具有比波长转换器更高的导热性，在该波长转换器的情况下将波长 转换材料引入基质材料如硅树脂中。通过这种方式，可以特别有效地将热从波长转换器散发。陶瓷层可以是自由支承的。陶瓷层于是同时形成波长转换器以及针对波长转换器 的支承体。然而也可能的是，陶瓷层借助如热均衡的挤压或者脉冲式的激光沉积这些方法 固定或者沉积到透明的、导热的支承体如蓝宝石或者碳化硅上。在光电子器件的一个优选的实施形式中，在光路中设置有至少一个滤光器，其针 对两种辐射类型之一具有高的透射能力，并且针对另一辐射类型具有高的反射能力。光学元件(例如滤光器)的“高的透射能力”这一表述在此以及在下文中可以表 示，入射到元件上的辐射的至少50%穿过该元件。优选的是，入射到元件上的辐射的至少 75 %穿过该元件，特别优选为至少90 %。光学元件(例如滤光器)的“高的反射能力”这一表述在此以及在下文中可以表 示，入射到元件上的辐射的至少50%被该元件反射。优选的是，入射到元件上的辐射的至少 75%被该元件反射，特别优选为至少90%。如果该滤光器选择性地针对UV辐射是可透射的并且反射在可见波长范围中的辐 射，则其称为UV滤光器。如果该滤光器选择性地针对可见范围中的光是可透射的并且反射 UV辐射，则其用上位概念可见滤光器来表示。如果其设计用于透射在边界窄的波长范围中 的辐射，则其根据波长范围用术语绿色滤光器、蓝色滤光器、黄色滤光器或者红色滤光器来 更精确地说明。在一个优选的实施形式中，在UV-LED和波长转换器之间有UV滤光器，其对于UV 辐射具有高的透射能力并且对于可见光谱范围中的辐射具有高的反射能力。如果从波长转换器出来的被转换的光射到该UV滤光器上，则该光向回朝向波长 转换器的方向并且尤其是朝着光电子器件的耦合输出结构的方向反射。由此，得到器件的 提高的耦合输出效率。在没有UV滤光器的情况下，可见光会在υν-LED、支承体或者壳体中 被吸收。在另一实施形式中，可见滤光器在波长转换器和UV-LED的耦合输出结构之间，该 可见滤光器针对可见波长范围中的辐射具有高的透射能力并且针对UV辐射具有高的反射 能力。一方面，可以借助该可见滤光器调节所发射的光的波长以及其半值宽度。例如，该 滤光器仅仅针对490nm至545nm之间的波长范围中的绿色光是可透射的。优选的是，该滤 光器由此也防止了对于人眼伤害性的UV辐射向外透出。另一方面，通过反射不在所希望的 要发射的波长范围中的辐射，提高了器件的转换效率并且由此提高所发射的功率。特别地， 未被转换的UV辐射被向回反射到波长转换器中并且可以在那里转换成可见光。在一个特别有利的实施形式中，该光电子器件具有UV滤光器以及可见滤光器。例如，这些滤光器之一或者二者都实施为布拉格反射器(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电层组成。例如，介电层可以包含二氧化 钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiN)、五氧化钽(Ta2O5)或者氧化铪 (HfO2)。在一个实施形式中，这些滤光器之一或者二者设置在支承体上。为了实现滤光器的最优的工作方式，支承体的表面应当尽可能平坦。优选的是，支承体具有高的导热性，并且于是能够实现散发在UV-LED中以及在转 换器中产生的热。例如，支承体包含传导能力为大约200W/mK的碳化硅。特别有利的是用 于UV滤光器的这种支承体，因为该支承体处于UV-LED的周围。支承体同样可以包含适于 作为波长转换器的基质材料的材料之一或者多种。在一个优选的实施形式中，这些支承体之一或者二者都单片地集成到波长转换器 中。也就是说，支承体和波长转换器机械固定地彼此连接。该连接不能无损坏地松开。支 承体和波长转换器于是被一件式地构建。特别地，波长转换器同时可以是滤光器的支承体。 这能够实现特别节省位置地设置滤光器和波长转换器。此外，在同时使用波长转换器作为 滤光器的支承体的情况下，该装置的制造成本特别低廉。优选的是，UV滤光器与UV-LED固定连接。在一个实施形式中，UV滤光器借助连接材料固定在UV-LED的发射辐射的正面上。 合适的连接材料是透明材料如硅树脂粘合剂或者浇注材料。在另一实施形式中，UV滤光器单片地集成到UV-LED的发射辐射的正面中。UV滤 光器为此可以借助也用于制造半导体本体的方法来制造，或者与这些方法良好地兼容。这 种方法例如是溅射或者外延生长。由此，滤光器的制造工艺在技术上被简化。此外，提出了由上述器件构成的光电子模块，该模块包含至少两个UV-LED。至少一 个波长转换器在所产生的UV辐射的光路中。在光电子器件的一个优选的实施形式中，在光 路中设置至少一个滤光器，其对于两种辐射类型之一具有高的透射能力，并且对于另一辐 射类型具有高的反射能力。优选的是，UV-LED设置在平面中并且具有相同的主辐射方向。例如，UV-LED设置 为规则的格栅。波长转换器优选实施为平坦的层，其在主辐射方向上设置在UV-LED之后并 且覆盖该UV-LED。优选的是，在UV-LED和波长转换器之间设置有一个或多个UV滤光器，并且在波长 转换器和光电子模块的耦合输出面之间设置有至少一个可见滤光器。通过多个UV-LED的组合，提高了光源的亮度。在此，可以技术上简单地并且成本 低廉地实现制造模块以及将其安装到壳体中，例如安装到投影仪壳体中。在一个优选的实施形式中，所有UV-LED发射到共同的波长转换器中以及共同的 UV滤光器中。被转换的光优选通过共同的可见滤光器。在此，这些器件可以直接彼此邻接 并且例如彼此固定连接。特别地，滤光器可以单片地集成到波长转换器中。共同的UV滤光 器可以借助连接材料、例如硅树脂粘合剂或者浇注材料固定在UV-LED上。在一个优选的实施形式中，共同的UV滤光器和共同的可见滤光器分别实施为 平坦的层。在此，UV滤光器在主辐射方向上设置在UV-LED之后并且尽可能完全地覆盖 UV-LED0可见滤光器在UV-LED的主辐射方向上设置在波长转换器之后并且同样尽可能完 全地覆盖UV-LED。
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与独立的器件相比，这种共同的器件可以在技术上更为简单地并且成本更为低廉 地制造。此外，大的共同的器件具有更高的机械稳定性。其可以技术上更简单地并且成本 更低廉地安装在壳体上。在一个优选的实施形式中，共同的可见滤光器与波长转换器间隔。在间隙中可以 有气隙或者浇注材料。借助这种间隙，可以更好地散发在UV-LED中形成的热。在另一实施形式中，UV-LED分别具有独立的UV滤光器、独立的波长转换器以及独 立的可见滤光器。该装置具有的优点是，发光二极管芯片可以被更灵活地安装，例如也可以 安装在弯曲的表面上。优选的是，在器件之间有用空气或者浇注材料填充的间隙，它们能够 实现良好的散热。光电子模块的另外的实施形式具有对于多个UV-LED共同的器件和对于一些 UV-LED独立存在的器件的组合。例如，多个UV-LED可以共享一个UV滤光器，并且另外的 UV-LED具有独立的UV滤光器。例如在一个实施形式中，UV滤光器和波长转换器可以分离地实施，并且可见滤光 器作为共同的滤光器来实施。UV滤光器在此可以单片集成到UV-LED中。此外，它们可以在 其与UV-LED背离的侧上直接与波长转换器邻接并且尤其是单片集成到其中。在另一实施 形式中，它们与波长转换器间隔。可见滤光器同样可以与波长转换器邻接，尤其是单片集成 到其中或者也与其间隔。存在的间隙可以用空气或者浇注材料填充。所描述的在其不同实施形式中的光电子模块例如可以作为光源使用在投影装置 中。这种光电子模块可以通过使用足够多的UV-LED而具有大的发光面。该模块也如带有 单个UV-LED的光电子器件那样在良好的大电流效率情况下产生高的光通量。为了最优的 散热，可以将间隙引入该模块中，这些间隙用空气或者浇注材料填充。此外，该模块可以集 成到框架中，由此同样可以改进散热。根据光电子模块的至少一个实施形式，由模块发射在490nm至575nm的波长范围 中的单色的、绿色辐射。根据光电子模块的至少一个实施形式，由模块发射在420nm至490nm的波长范围 中的单色的、蓝色辐射。根据光电子模块的至少一个实施形式，由模块发射在575nm至750nm的波长范围 中的单色的、黄色或者红色辐射。根据光电子模块的至少一个实施形式，至少一个发光二极管芯片具有独立的波长 转换器。根据光电子模块的至少一个实施形式，至少两个、尤其是所有发光二极管芯片具 有共同的UV滤光器。根据光电子模块的至少一个实施形式，至少一个发光二极管芯片具有独立的UV
滤光器ο根据光电子模块的至少一个实施形式，至少两个、尤其是所有发光二极管芯片具 有共同的可见滤光器。根据光电子模块的至少一个实施形式，至少一个发光二极管芯片具有独立的可见
滤光器ο在下文中借助示意性的并且并非合乎比例的附图来阐述所提出的半导体芯片及其有利的扩展方案。其中

图1示出了与发射的光的主波长Apeak有关的不同LED的线性因数L8(l/2(l，图2示出了针对UV-LED和绿色LED的、作为工作电流I的函数的所发射的光功率 P，图3A示出了针对带有波长转换器的UV-LED和针对绿色LED的、作为工作电流I 的函数的光通量Φ，图3B示出了针对带有波长转换器的UV-LED和针对绿色LED的、作为工作电流I 的函数的主波长λΡεΛ，图4Α在横截面中示出了 UV滤光器、波长转换器和绿色滤光器的布置，图4Β在横截面中示出了带有支承体的UV滤光器、波长转换器和带有支承体的绿 色滤光器的布置，图5在曲线图中示出了 UV滤光器针对具有不同波长λ的光在不同入射角α的 情况下的透射能力和反射能力，图6Α在横截面中示出了带有共同的转换器、共同的UV滤光器和共同的绿色滤光 器的光电子模块，图6Β示出了根据图6Α的光电子模块的俯视图，图7Α在横截面中示出了带有独立的波长转换器、独立的UV滤光器和独立的绿色 滤光器的光电子模块，图7Β示出了根据图7Α的光电子模块的俯视图，图8Α在横截面中示出了带有共同的波长转换器、UV滤光器和与转换器间隔的共 同的绿色滤光器的光电子模块，图8Β在横截面中示出了带有独立的波长转换器、独立的UV滤光器和与转换器间 隔的共同的绿色滤光器的光电子模块，图9Α在横截面中示出了带有共同的波长转换器、单片集成到UV-LED中的独立的 UV滤光器和共同的绿色滤光器的光电子模块，图9Β在横截面中示出了根据图9Α的光电子模块，其中滤光器在辐射方向上分别 与波长转换器间隔，图IOA在横截面中示出了没有滤光器的光电子器件，图IOB在横截面中示出了带有UV滤光器的光电子器件，图IOC在横截面中示出了带有绿色滤光器的光电子器件，图IOD在曲线图中示出了作为磷浓度C的函数的、根据图10AU0B和IOC的器件
的辐射效率Ε，图11示出了带有光电子模块作为光源的投影装置的斜视图。在所绘出的附图中，波长转换器2、UV滤光器3和可见滤光器4以不同的实施形式 存在。如果多个发光二极管芯片1共享共同的波长转换器2a或者共同的滤光器3a、4a，则 针对参考标记分别增加字母a。如果发光二极管芯片1具有独立的波长转换器2b或者独立 的滤光器3b、4b，则增加字母b。在下面的附图中描述的实施例中，存在标准结构形式的绿色InGaN-LED和 UV-InGaN-LED0此外，使用绿色滤光器。然而，这不应限制于InGaN-LED和产生绿色光。更
7确切地说，可以类似地使用具有其他半导体层序列和其他结构形式的LED。此外，所发射的 辐射可以具有其他波长，例如在蓝色、红色或者黄色波长范围中的辐射。在图IA中针对标准结构形式的不同的InGaN-LED分别绘出了关于所发射的光的 主波长λ Peak的线性因数L8Q/2Q。通过针对各LED得到的测量值100绘出均衡曲线101。线性因数L8tlZ2tl是针对LED的大电流效率的度量并且定义为在工作电流I = 80mA 和I = 20mA的情况下所发射的功率的比值。在理想情况下，该因数对应于两个工作电流的 比值并且由此应当在值4附近。这里测量的LED产生具有在400nm至525nm的范围中的主波长λ Peak的光。在图 1中可以看到的是，朝着更大的波长的方向，大电流效率明显降低。例如，在400nm的范围中 的波长情况下，也即针对紫色辐射，L80720在3. 4至3. 8的范围中。在420nm的波长情况下， 也即针对蓝色辐射，L8_降低到2. 9至3. 3的范围中的值。在520nm的范围中的波长情况 下，也即针对绿色辐射，L80720在2. 4的值以下。在图2 中针对 λ Peak = 525nm 的绿色 InGaN-LED 102 和具有 λ Peak = 400nm 的 UV-InGaN-LED 103绘出了关于OmA彡I彡80mA的工作电流I的、所发射的光功率P (单位 为 mW)。从图2中一方面表明UV-LED 103的更好的内部效率。在工作电流的整个范围中， UV-LED 103的光功率在绿色LED 102的光功率之上。例如，在工作电流为I = 80mA时， UV-LED 103的光功率为绿色LED 102的光功率的3倍。此外，图2示出了 UV-LED 103的明 显更好的大电流效率。在绿色LED 102的情况下光功率从I = 20mA至I = 80mA略为超过 两倍，而UV-LED 103的光功率变为3倍。在图3A中针对具有波长转换器104的UV-LED (以下称为转换器LED)以及针对绿 色LED 105绘出了关于mA为单位的工作电流I的、以流明为单位的光通量Φ。光通量Φ 是针对借助眼睛灵敏度来评价的光源的亮度的度量。为了计算Φ，将LED在确定的光谱范 围中的输出功率与该光谱范围中的眼睛灵敏度相乘，并且随后关于整个光谱空间求积分。转换器LED 104发射具有主波长Xpeak = 527nm的光。在整个测量的电流范围 20mA ^ I彡350mA中，由转换器LED 104产生的光通量Φ大于绿色LED 105的光通量。在 工作电流为I = 50mA的情况下两个LED的光通量Φ在相似的值附近，而在工作电流为I = 350mA的情况下曲线104、105的距离明显更大。为了说明，这些区域在图3A中被圈出。在 工作电流为I = 350mA的情况下，转换器LED 104具有如下光通量Φ 该光通量Φ比绿色 LED 105的光通量Φ大85%。此外，针对L8(1/2(1 = 3. 35的转换器LED 104的线性因数L8(1/2(1 明显比具有L8Q/2Q = 2. 25的绿色LED 105更为有利。在图3B中针对根据图3A的LED 104,105绘出了关于mA为单位的工作电流I的
主波长 Peak0对于两个LED 104、105在I 20mA的情况下，所发出的光具有λ Peak ^ 528nm的 主波长。在绿色LED 105的情况下，主波长在工作电流提高的情况下朝着更短波长的方向 推移。然而在转换器LED 104的情况下，主波长在20mA到350mA之间仅仅较少地减小。在 I = 350mA的情况下，主波长λ Peak ^ 526nm。图3A和3B由此示出，转换器LED 104与绿色LED 105相比关于大电流效率方面 以及关于波长推移方面都具有更为有利的特性。
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图4A示出了波长转换器2、UV滤光器3和绿色滤光器4的布置可能性。波长转换 器2在两个滤光器3、4之间。如果该布置使用在转换器LED中，则UV-LED在UV滤光器3 的背离波长转换器2的侧上。在图4B中示出了一种布置，其对应于在图4A中示出的波长转换器2、UV滤光器3 和绿色滤光器4的布置。然而，在此两个滤光器3、4设置在支承体51、52上。对此可替选 地，也可以仅仅将滤光器3、4之一设置在支承体51、52上。与这里所示出的布置不同，滤光 器3、4也可以设置在支承体51、52的背离波长转换器2的侧上。优选的是，支承体材料具 有高的导热性，并且由此可以良好地散发形成的热。特别地有利的是，至少将UV滤光器设 置在支承体51上，以便将UV-LED中形成的热散发。在图5中绘出了作为入射到UV滤光器上的辐射的波长λ的函数的、UV滤光器的 透射能力T和反射能力R。因为这些值与辐射射到UV滤光器上的入射角强烈地相关，所以 在六个曲线中示出了针对六种不同入射角的T和R。在此，曲线111、112、113、114、115和 116对应于入射角0°、15°、30°、45°、60°和70°。在380nm彡λ彡420nm的范围中， 对于所有入射角，透射能力为T ^ 90%。对于所有其他波长区域，对于多个入射角的透射能 力明显在该值以下。反射能力R由滤光器的当前吸收A情况下的透射能力T得到为R = 100% -T-A0 因为这里所测量的滤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 样由图5表明。对于在525nm到570nm之间的范围中的波长，对于几乎所有入射角都将入 射的光的至少45%反射。于是，当前的滤光器选择性地针对绿色光、例如针对λ = 525nm具有高的反射能 力，并且选择性地针对UV辐射、例如针对λ = 400nm具有高的透射能力，并且因此称为UV
滤光器ο在图6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A和9B中示意性示出了针对光电子模块的不同的实施 例。所有示出的器件具有六个UV-LED 1。一个或者多个波长转换器2a、2b将UV辐射转换 为更大波长的辐射，在此转换为绿色光。在每个发光二极管芯片1和每个波长转换器2a、2b之间有至少一个UV滤光器3a、 3b，其对于UV辐射是可透射的并且反射绿色辐射。在一个优选的实施形式中，该滤光器具 有根据图5的透射能力和反射能力。如果要发射具有另一波长的可见光，可以使用具有另 一反射特性的滤光器。在波长转换器2a、2b的背离发光二极管芯片1的侧上有至少一个绿 色滤光器4a、4b，其对于绿色光是可透射的并且反射UV辐射。在另一实施形式中，光电子模 块可以仅仅包括一种滤光器。图6A在横截面中示出了一种光电子模块11，其中所有UV-LED 1共享共同的UV滤 光器3a、共同的绿色滤光器4a以及共同的波长转换器2a。在此，器件3a、4a和2a实施为 平坦的层，它们直接彼此邻接。UV滤光器3a借助连接材料7固定在UV-LED 1的发射辐射 的正面10上，其中该连接材料例如可以是硅树脂粘合剂或者浇注材料。图6B示出了该模块11的俯视图。在此，可以看到六个UV-LED 1以及共同的绿色 滤光器4a，该绿色滤光器几乎完全覆盖UV-LED 1。在图7A中在横截面中示出了模块11的一个实施例，其中每个UV-LED 1具有独立 的UV滤光器3b、独立的绿色滤光器4b以及独立的波长转换器2b。这些元件类似于图6A实施为平坦的层并且直接彼此邻接。独立的UV滤光器3b在此也借助连接材料7固定在 UV-LED 1 上。图7B示出了根据图7A的模块11的俯视图，其中可以看到独立的绿色滤光器4b， 它们除了接触区域之外覆盖UV-LED 1。在图8A中示出了模块11的一个实施例，其中所有UV-LED 1共享共同的波长转换 器2a、共同的UV滤光器3a和共同的绿色滤光器4a。UV滤光器3a借助连接材料7固定在 UV-LED 1上。绿色滤光器4a与波长转换器2a间隔。存在的间隙6例如是气隙或者用浇注 材料填充。图8B示出了模块11的另一实施例，其中如在图8A中那样所有UV-LED 1共享共 同的UV滤光器4a，该UV滤光器与波长转换器2b间隔。然而不同于图8A，在此UV-LED 1 具有独立的UV滤光器3b和独立的波长转换器2b。图9A示出了模块11的一个实施例，其带有共同的波长转换器2a、共同的绿色滤 光器4a和独立的UV滤光器3b。独立的UV滤光器3b和共同的绿色滤光器4a分别直接与 波长转换器2a邻接。不同于所有到此为止所示的实施例，独立的UV滤光器3b单片集成到 UV-LED 1 中。在图9B中示出了模块11的另一实施例，其与图9A中所示的布置的不同在于在UV 滤光器3b和波长转换器2a之间以及在绿色滤光器4a和波长转换器2a之间的附加的间隙 6。这些间隙6可以包含空气或者浇注材料。在图10AU0B和IOC中在横截面中示出了不同的光电子器件，其辐射效率E被计 算并且在图IOD中绘出。在图IOA中示出了 UV-LED 1，其带有例如借助焊接连接9施加到辅助支承体18上 的波长转换器。所示的光电子器件不具有滤光器。在图IOB中，绿色滤光器4附加地位于 波长转换器2的背离UV-LED 1的侧上。在图IOC中替代地在波长转换器2和UV-LED 1之 间有UV滤光器3。该装置的辐射效率E根据相应的波长转换器2中的磷浓度C来计算。在图IOD中，关于以最大浓度的百分比(％)为单位的磷浓度C绘出了以最大辐射 效率的百分比(％ )为单位的绿色光22、23、24的所计算的辐射效率。对于根据图IOA的布 置，此外绘出了针对未被转换的UV辐射21的辐射效率。在图IOA中所示的布置中，在为零的(verschwindend)磷浓度C的情况下根据预 期没有发射绿光，并且辐射效率22为0%左右。与此相对，在UV-LED 1中产生的UV辐射 21的大约45%被耦合输出。对于UV辐射21的辐射效率E在磷浓度增加的情况下降低，并 且在C = 90%的情况下几乎为0%。与此相对，对于绿光22，E在磷浓度增加的情况下才升 高，在C = 50%的情况下达到其最大值E 31%，并且在C进一步增大的情况下缓慢降低。 辐射效率22的降低可以归因于在波长转换器和LED芯片中的吸收。在C = 90%的情况下， 辐射效率22为E 20%。通过使用根据图IOB的绿色滤光器4，提高了绿光24的辐射效率。原因在于，绿色 滤光器将UV辐射的一部分又反射回波长转换器2中。在此，其可以被重新转换为绿光。图IOD也示出了根据图IOC的在存在UV滤光器3的情况下绿光23的辐射效 率。辐射效率23明显高于在存在绿色滤光器的情况下的辐射效率24。在所观察的10%
10^C^ 70%的范围中，在浓度C增加的情况下，辐射效率23增加并且对于C = 70%的情况 在E 55%的值左右。这归因于，绿色光被UV滤光器向回反射并且于是降低了在UV-LED 中的吸收。总之，由图10D中明显得出的是，通过使用绿色滤光器4以及UV滤光器3明显提 高了针对绿光的辐射效率24、23。没有滤光器的装置的辐射效率22在E 30%的范围中 的最大值附近，而在绿色滤光器4的情况下达到E 35%的最大值，并且在UV滤光器3的 情况下达到明显超过50%的最大值。可以预期的是，在同时使用绿色滤光器4和UV滤光器 3的情况下辐射效率被再次提高。图11示出了投影装置12，其中使用光电子模块11用于产生光。光电子模块11具 有六个UV-LED 1，以及器件UV滤光器3、波长转换器2和在根据图6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A 或9B的实施形式中的绿色滤光器4。光电子模块11被框架17包围，该框架可以良好地将 形成的热散发。该框架设置在辅助支承体18上，该辅助支承体又位于支承体13上。在该 支承体13上施加有电路板14，用于电接触光电子模块11的印制导线15被引入该电路板 中。印制导线15与插头16相连，该插头可以被电连接。本发明并未通过借助实施例的描述而局限于此，而是包括任意新的特征和特征的 任意组合。这尤其是包含在权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并 未明确地在权利要求或者实施例中说明。本专利申请要求德国专利申请DE 102008006974. 4和DE102008017071. 2的优先
权，其公开内容通过引用结合于此。
权利要求
一种光电子模块，具有 多个发光二极管芯片(1)，其产生UV辐射， 至少一个波长转换器(2)，其在辐射方向上设置在发光二极管芯片(1)之后并且将UV辐射至少部分地转换为可见波长范围中的辐射，以及 至少一个滤光器(3，4)，其对于两种辐射类型之一具有高的透射能力，并且对于另一辐射类型具有高的反射能力。
2.根据权利要求1所述的光电子模块，具有UV滤光器(3)，该UV滤光器位于波长转换 器(2)和发光二极管芯片(1)之间，并且对于UV辐射具有高的透射能力，而对于可见波长 范围中的辐射具有高的反射能力。
3.根据权利要求1或2所述的光电子模块，具有可见滤光器(4)，该可见滤光器在辐射 方向上设置在波长转换器(2)之后，并且对于可见波长范围中的辐射具有高的透射能力， 而对于UV辐射具有高的反射能力。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光电子模块，其中至少一个滤光器(3，4)设 置在辐射可穿透的、尤其是透明的支承体(51、52)上，该支承体具有高的导热性。
5.根据权利要求4所述的光电子模块，其中波长转换器(2)包含于辐射可透射的、透明 的支承体(51，52)中。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光电子模块，其中至少两个、尤其是所有的发 光二极管芯片(1)具有共同的波长转换器(2a)。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子模块，其中滤光器(3，4)在辐射方向上 与波长转换器(2)间隔。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子模块，其中空气或者浇注材料位于滤光 器(3，4)和波长转换器(2)之间。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子模块，其中UV滤光器(3)单片集成到发 光二极管芯片(1)中。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子模块，其中UV滤光器(3)在辐射方向 上与发光二极管芯片(1)间隔。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子模块，其中硅树脂粘合剂或者浇注材 料位于UV滤光器(3)和发光二极管芯片(1)之间。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的光电子模块，具有至少三个发光二极管芯片(1)，其中_每个发光二极管芯片(1)与透射UV辐射的UV滤光器(3) —对一地关联，并且在每个 发光二极管芯片(1)之后直接设置有所述UV滤光器(3)，其中每个发光二极管芯片(1)与 其UV滤光器(3)单片集成，-在发光二极管芯片(1)和UV滤光器(3)构成的布置之后设置有恰好一个波长转换器(2)，并且-在波长转换器(2)之后设置有恰好一个可见滤光器(4)。
13.一种投影装置，其中将根据权利要求1至12中的任一项所述的光电子模块设计为 光源。
14.根据权利要求13所述的投影装置，其中光电子模块被导热的框架(17)包围。
全文摘要
提出了一种光电子模块(11)用于发射可见波长范围中的单色辐射。该模块(11)具有多个发光二极管芯片(1)，其产生UV辐射。UV辐射被波长转换器(2)转换为可见范围中的光，例如转换为绿色光。通过使用两个选择性地反射和透射的滤光器(3，4)，优化了模块(11)的光耦合输出。该模块(11)可以用作投影装置(12)中的光源。
文档编号H01L27/32GK101933145SQ200980103851
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月26日 优先权日2008年1月31日
发明者冈特·斯帕思, 基尔斯廷·彼得森, 多米尼克·艾泽特, 斯特凡·格勒奇, 斯特凡·米勒, 诺贝特·林德, 马蒂亚斯·彼得 申请人:欧司朗光电半导体有限公司