[发明专利]光电子模块和带有光电子模块的投影装置

说明书

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W0 2007/036214 A1和US 2006/0057753 A1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L_80/20是针对发光二极管的大电流效率的度量。L_80/20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Δλ优选在10nm到100nm的范围中。

发射紫外辐射、即波长λ≤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匀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。

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％。