DE102004052456A1 - Electromagnetic radiation emitting component, has luminescence conversion unit converting part of radiation coming from LED chip into radiation of wavelength area, and filter unit reflecting back part of radiation into conversion unit - Google Patents

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Abstract

The component has a luminescence conversion unit (4) converting a part of radiation coming from a LED chip into radiation of a wavelength area. A filter unit reflects back the part of the radiation into the unit (4). The source has a three-dimensional photonic crystal (51), which is impermeable for radiation of another wavelength area which is undesired for the emission and is permeable for radiation of the former wavelength area. An independent claim is also included for a process for producing an electromagnetic radiation emitting component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren.The The invention relates to a device that is suitable electromagnetic To emit radiation and a method of making a Component capable of emitting electromagnetic radiation.

Ein Bauelement, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren, ist beispielsweise in der Druckschrift DE 101 33 352 A1 beschrieben. Als Primärstrahlungsquelle dient hierbei mindestens eine Lumineszenzdiode, die eine Primärstrahlung im Bereich von 300 bis 485 nm emittiert, wobei die Primärstrahlung durch Lumineszenzkonversionspartikel teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung umgewandelt wird. Die Lumineszenzkonversionspartikel sind in der Regel in eine polymere Matrixmasse eingebettet, die auf die Primärstrahlungsquelle aufgebracht ist oder diese umhüllt. Die Lumineszenzkonversionspartikel und die polymere Matrixmasse bilden hierbei wesentliche funktionale Bauteile eines Lumineszenzkonversionselements. Bauelemente, bei denen Primärstrahlung aus dem UV- oder UV-nahen Bereich in sichtbares Licht umgewandelt wird, sind insbesondere geeignet mit Hilfe verschiedener Lumineszenzkonversionspartikel weißes oder farbiges Licht zu erzeugen.A device that is suitable for emitting electromagnetic radiation, for example, in the document DE 101 33 352 A1 described. In this case, at least one luminescence diode which emits a primary radiation in the range from 300 to 485 nm serves as the primary radiation source, the primary radiation being converted partially or completely into longer-wave radiation by luminescence conversion particles. As a rule, the luminescence conversion particles are embedded in a polymeric matrix mass which is applied to the primary radiation source or envelops it. The luminescence conversion particles and the polymeric matrix mass in this case form essential functional components of a luminescence conversion element. Components in which primary radiation from the UV or UV-near range is converted into visible light are particularly suitable for producing white or colored light with the aid of different luminescence conversion particles.

Ein Nachteil derartiger Bauelemente kann sein, dass sie eine nicht zu vernachlässigende Restemission von Primärstrahlung aus dem UV- oder UV-nahen Spektralbereich aufweisen. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Hochleistungslumineszenzdioden als Primärstrahlungsquelle auftreten. Eine der artige Restemission ist jedoch möglichst zu vermeiden, da elektromagnetische Strahlung aus dem UV- oder aus dem sichtbaren UV-nahen Wellenlängenbereich bei intensiver Einwirkung das menschliche Auge schädigen kann.One Disadvantage of such devices may be that they do not have to negligible Residual emission of primary radiation have from the UV or UV near spectral range. This can be special when using high power light emitting diodes as a primary radiation source occur. However, one of the residual emissions is as far as possible Avoid electromagnetic radiation from the UV or from the visible UV-near wavelength range can damage the human eye during intensive exposure.

In der Druckschrift US 2002/0180351 A1 wird vorgeschlagen, in der polymeren Matrix, in die die Lumineszenzkonversionspartikel eingebettet sind, zusätzliche Teilchen zu dispergieren, die unkonvertierte Primärstrahlung streuen sollen. Dadurch soll unkonvertierte Primärstrahlung des Bauelementes den Lumineszenzkonversionspartikeln wieder zur Verfügung gestellt und der Prozentsatz an unkonvertierter Strahlung verringert werden, der von dem Bauelement emittiert wird. Alternativ wird vorgeschlagen, streuende Teilchen in einer separaten Schicht auf dem Lumineszenzkonversionselement aufzubringen.In The document US 2002/0180351 A1 is proposed in the polymeric Matrix in which the luminescence conversion particles are embedded, additional Particles to disperse, the unconverted primary radiation to scatter. This is intended to unconverted primary radiation of the device the luminescence conversion particles again made available and reduce the percentage of unconverted radiation, which is emitted by the device. Alternatively, it is suggested scattering Particles in a separate layer on the luminescence conversion element applied.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, ein Bauelement mit UV- und/oder UV-nah emittierender Primärstrahlungsquelle bereitzustellen, bei dem der im Betrieb vom Bauelement emittierte Anteil an unkonvertierter Wund oder UV-naher Strahlung verringert ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein möglichst einfaches Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes anzugeben.A The object of the present invention is in particular a Component with UV and / or UV-near-emitting primary radiation source in which the device emitted during operation of the device Reduced proportion of unconverted wound or UV-near radiation is. Furthermore, it is an object of the invention as possible specify a simple method for producing such a device.

Diese Aufgaben werden durch ein Bauelement gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Bauelementes sowie des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 bzw. 10 bis 14 angegeben.These Tasks are achieved by a device according to claim 1 and a Process according to claim 9 solved. Further advantageous embodiments of the component and the method are in the dependent claims 2 to 8 or 10 to 14 indicated.

Ein erfindungsgemäßes Bauelement, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren, umfasst insbesondere:

  • – mindestens eine primäre Strahlungsquelle, die geeignet ist elektromagnetische Primärstrahlung eines ersten Wellenlängenbereiches zu emittieren,
  • – mindestens ein Lumineszenzkonversionselement, das zumindest einen Teil der von der primären Strahlungsquelle stammenden Strahlung in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereiches konvertiert, der zumindest teilweise vom ersten Wellenlängenbereich verschieden ist, und
  • – einem dem Lumineszenzkonversionselement aus Sicht der primären Strahlungsquelle nachgeordneten Filterelement mit einem dreidimensionalen photonischen Kristall, der derart ausgelegt ist, dass er für zur Emission unerwünschte Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches weitestgehend undurchlässig ist und diese reflektiert, und gleichzeitig für Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches weitestgehend durchlässig ist.
A device according to the invention which is suitable for emitting electromagnetic radiation comprises in particular:
  • At least one primary radiation source which is suitable for emitting electromagnetic primary radiation of a first wavelength range,
  • At least one luminescence conversion element which converts at least part of the radiation originating from the primary radiation source into radiation of a second wavelength range which is at least partially different from the first wavelength range, and
  • - A downstream of the luminescence conversion element from the perspective of the primary radiation source filter element with a three-dimensional photonic crystal, which is designed such that it is largely impermeable to emission unwanted radiation of the first wavelength range and this reflected, and at the same time largely permeable to radiation of the second wavelength range.

Photonische Kristalle sind Materialien, die äquivalent zur elektronischen Bandlücke von Halbleitern eine Bandlücke für Photonen aufweisen, die sogenannte photonische Bandlücke. Photonen mit Energien innerhalb der photonischen Bandlücke können sich nicht in dem photonischen Kristall ausbreiten und werden von diesem reflektiert. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass auch photonische Kristalle mit teilweise ausgebildeter photonischer Bandlücke gemäß der Erfindung verwendet werden können. Die photonische Bandlücke bildet sich, vollständig oder teilweise, aufgrund periodischer Strukturen aus mindestens zwei Materialien aus, die der Kristall umfasst. Photonische Kristalle lassen sich in eindimensionale, zweidimensionale und dreidimensionale photonische Kristalle einteilen. Ein dreidimensionaler photonischer Kristall umfasst Strukturen, die sich in drei Raumrichtungen periodisch fortsetzen. Ein photonischer Kristall in zwei Dimensionen um fasst äquivalent Strukturen, die in zwei Raumrichtungen periodisch ausgebildet sind und ein eindimensionaler photonischer Kristall umfasst Strukturen, die in einer Raumrichtung periodisch ausgebildet sind. Es werden jeweils solche Photonen von dem photonischen Kristall reflektiert, deren Energie innerhalb der photonischen Bandlücke liegt und deren Ausbreitungsrichtung im Wesentlichen mit der Richtung des periodischen Materialwechsels übereinstimmt.Photonic crystals are materials equivalent to the electronic band gap of semiconductors that have a band gap for photons, the so-called photonic band gap. Photons with energies within the photonic band gap can not propagate in the photonic crystal and are reflected by it. It should be noted at this point that photonic crystals with partially formed photonic band gap can be used according to the invention. The photonic band gap is formed, in whole or in part, due to periodic structures of at least two materials comprising the crystal. Photonic crystals can be divided into one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional photonic crystals. A three-dimensional photonic crystal comprises structures that periodically continue in three spatial directions. A photonic crystal in two dimensions equivalently comprises structures that are periodically formed in two spatial directions and comprise a one-dimensional photonic crystal Structures that are periodically formed in a spatial direction. In each case, such photons are reflected by the photonic crystal whose energy is within the photonic band gap and whose propagation direction substantially coincides with the direction of the periodic material change.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es gemäß der Erfindung auch denkbar ist, zweidimensionale photonische Kristalle mit geeigneter photonischer Bandlücke in dem Filterelement einzusetzen.It It should be noted at this point that it is according to the invention Also conceivable is two-dimensional photonic crystals with suitable photonic bandgap insert in the filter element.

Ein dreidimensionaler photonischer Kristall mit geeigneter Bandlücke als Bestandteil des Filterelementes bietet den Vorteil, dass dieser unkonvertierte Strahlung aus allen Raumrichtungen teilweise oder vollständig selektiv reflektiert. Dadurch kann abhängig von der Ausprägung der photonischen Bandlücke ein großer Prozentsatz unkonvertierter Primärstrahlung des ersten Wellenlängenbereiches ausgefiltert werden, während konvertierte Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches das Filterelement größtenteils passieren kann und von dem Bauelement abgestrahlt wird.One three-dimensional photonic crystal with a suitable band gap as Part of the filter element has the advantage that this unconverted radiation from all directions partially or Completely selectively reflected. This can depend on the severity of the photonic band gap a large Percentage of unconverted primary radiation of the first wavelength range be filtered out while converted radiation of the second wavelength range, the filter element largely can happen and is emitted by the device.

Da unkonvertierte Primärstrahlung durch den photonischen Kristall reflektiert wird, steht diese vorteilhafterweise nach der Reflexion durch das Filterelement, zumindest teilweise, weiterhin dem Lumineszenzkonversionselement zur Verfügung. Dieser Anteil der Primärstrahlung geht somit nicht verloren, wie beispielsweise bei der Verwendung absorbierender Stoffe zur Filterung von Primärstrahlung vor dem Austritt aus dem Bauelement. Hierdurch kann die Strahlungsausbeute des Bauelementes erhöht werden.There unconverted primary radiation is reflected by the photonic crystal, this is advantageously after reflection by the filter element, at least in part, furthermore the luminescence conversion element available. This proportion the primary radiation is therefore not lost, such as during use absorbent materials for filtering primary radiation before exit from the component. As a result, the radiation yield of the component elevated become.

Bevorzugt reflektiert das Filterelement zumindest einen Teil der Primärstrahlung in das Lumineszenzkonversionselement zurück. Besonders bevorzugt reflektiert das Filterelement einen möglichst großen Teil der Primärstrahlung in das Lumineszenzkonversionselement zurück. Hierdurch kann Primärstrahlung nach der Reflexion an dem photonischen Kristall durch das Lumineszenzkonversionselement in Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches umgewandelt werden und das Bauelement verlassen. So kann die Strahlungsausbeute des Bauelementes weiter erhöht werden.Prefers the filter element reflects at least part of the primary radiation back to the luminescence conversion element. Particularly preferably reflected the filter element as much as possible the primary radiation back to the luminescence conversion element. This can cause primary radiation after reflection on the photonic crystal by the luminescence conversion element in FIG Radiation of the second wavelength range be converted and leave the device. So the radiation yield of the component further increased become.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der photonische Kristall dreidimensionale periodische inverse Opalstrukturen. Dreidimensionale inverse Opalstrukturen bieten den Vorteil Strahlung mit Energien innerhalb der photonischen Bandlücke im Wesentlichen unabhängig von der Einfallsrichtung teilweise oder vollständig zu reflektieren. Darüber hinaus können sie relativ einfach hergestellt werden. Die Strahlung wird teilweise reflektiert, wenn das Verhältnis aus dem Brechungsindex des Materials in den Zwischenräumen und zu dem Brechungsindex des Materials in den kugelförmigen Bereichen kleiner oder gleich 2.9 ist und vollständig reflektiert, wenn das Verhältnis größer oder gleich 2.9 ist.at a preferred embodiment The photonic crystal comprises three-dimensional periodic inverse Opal structures. Three-dimensional inverse opal structures provide the Advantage radiation with energies within the photonic band gap substantially independently partially or completely reflected by the direction of incidence. Furthermore can they are made relatively easy. The radiation becomes partial reflected when the ratio from the refractive index of the material in the interstices and to the refractive index of the material in the spherical areas is less than or equal to 2.9 and completely reflected if that relationship bigger or is equal to 2.9.

Periodische inverse Opalstrukturen können beispielsweise erzeugt werden, indem Kugeln in einer kubisch oder hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet werden und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den Kugeln mit einem geeigneten Material gefüllt werden. Nach dem Auffüllen der Zwischenräume werden die Kugeln entfernt. Der Durchmesser der Kugeln liegt hierbei im Bereich der Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung.periodic For example, inverse opal structures can be used can be generated by placing balls in a cubic or hexagonal closest to one another Ball packing are arranged and subsequently the spaces between the balls are filled with a suitable material. After refilling the interspaces the balls are removed. The diameter of the balls is here in the range of wavelength the radiation to be reflected.

Um Kugeln in kubischen Strukturen oder in hexagonaldichtesten Kugelpackungen anzuordnen, werden bevorzugt selbstorganisierende Prozesse angewendet. Diese Prozesse bieten, insbesondere gegenüber seriellen Verfahren zur Mustererzeugung, den Vorteil in der Regel schnell und kostengünstig abzulaufen.Around Balls in cubic structures or in hexagon-dense sphere packings to arrange, self-organizing processes are preferably used. These processes provide, in particular over serial methods for Pattern generation, the advantage usually expire quickly and inexpensively.

Bevorzugt umfasst der photonische Kristall periodische Strukturen mit Lufteinschlüssen. weiterhin umfasst der photonische Kristall bevorzugt Materialien mit einem Brechungsindex größer oder gleich 1,4, wie beispielsweise TiO2, SiO2, Si und Ge.Preferably, the photonic crystal comprises periodic structures with air inclusions. Furthermore, the photonic crystal preferably comprises materials having a refractive index greater than or equal to 1.4, such as TiO 2 , SiO 2 , Si and Ge.

Um einen möglichst großen Anteil an Primärstrahlung mit Hilfe des Filterelementes zu reflektieren, wird ein photonischer Kristall mit einer möglichst vollständigen photonischen Bandlücke benötigt. Ein solcher entsteht insbesondere, wenn die Brechungsindizes der Materialien, aus denen die periodischen Strukturen des Kristalls aufgebaut sind, einen möglichst großen Brechungsindexunterschied aufweisen. So weist eine inverse Opalstruktur beispielsweise eine vollständige photonische Bandlücke auf, wenn das Verhältnis aus dem Brechungsindex des Materials in den Zwischenräumen und zu dem Brechungsindex des Materials in den kugelförmigen Bereichen größer oder gleich 2.9 ist. Bevorzugt umfassen die periodischen Strukturen des photonischen Kristalls daher in der Regel mindestens zwei Materialien, von denen eines einen relativ kleinen und eines einen relativ großen Brechungsindex aufweist. Da Luft gegenüber vielen Materialien einen relativ niedrigen Brechungsindex (n(Luft)~1) besitzt, sind periodische Lufteinschlüsse besonders als Teil der periodischen Strukturen eines photonischen Kristalls mit möglichst vollständiger photonischer Bandlücke geeignet. Weiterhin weisen die Materialien TiO2, Si und Ge jeweils einen relativ großen Brechungsindex auf (n(Rutil) ≈ 2.71, n(Si) ≈ 3.4, n(Ge) ≈ 4.0). Aus diesem Grund sind sie besonders geeignet die Zwischenräume zwischen den kugelförmigen Bereichen eines photonischen Kristalls mit inverser Opalstruktur mit möglichst vollständiger photonischer Bandlücke zu füllen.In order to reflect the largest possible amount of primary radiation with the aid of the filter element, a photonic crystal with as complete a photonic band gap as possible is required. Such arises in particular when the refractive indices of the materials of which the periodic structures of the crystal are composed have the largest possible difference in refractive index. For example, an inverse opal structure has a complete photonic band gap if the ratio of the refractive index of the material in the interstices and the refractive index of the material in the spherical regions is greater than or equal to 2.9. Therefore, the periodic structures of the photonic crystal preferably comprise at least two materials, one of which has a relatively small and a relatively large refractive index. Since air has a relatively low refractive index (n (air) -1) over many materials, periodic air inclusions are particularly suitable as part of the periodic structures of a photonic crystal with as complete a photonic band gap as possible. Furthermore, the materials TiO 2 , Si and Ge each have a relatively large refractive index (n (rutile) ≈ 2.71, n (Si) ≈ 3.4, n (Ge) ≈ 4.0). For this reason, they are particularly suitable for the spaces between the spherical portions of a photonic crystal having an inverse opal structure with possible As complete as possible photonic band gap to fill.

Materialien, die zumindest teilweise für die vom Konversionselement konvertierte Strahlung durchlässig sind, wie beispielsweise Polymere, können vorteilhafterweise verwendet werden, die Zwischenräume zwischen den Kugeln zu füllen, wenn der photonische Kristall nicht hinsichtlich einer möglichst vollständigen Bandlücke optimiert werden soll, sondern auf möglichst hohe Transparenz für die von den Lumineszenzkonversionspartikeln emittierte sekundäre Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches.Materials, which at least partially for the radiation converted by the conversion element is permeable, such as polymers be used advantageously, the spaces between to fill the balls, if the photonic crystal is not as possible complete bandgap should be optimized, but to the highest possible degree of transparency for the Luminescence conversion particles emitted secondary radiation of the second wavelength range.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Bauelementes ist der photonische Kristall in einer Schicht mit einer Dicke größer oder gleich 2 μm und kleiner oder gleich 50 μm ausgebildet. Eine dünne Schichtdicke bietet den Vorteil, dass sie für einen großen Teil der konvertierten Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs besser transparent ist.at a preferred embodiment of the device is the photonic crystal in a layer with a thickness greater or equal to 2 microns and less than or equal to 50 microns educated. A thin layer thickness offers the advantage of being for a big Part of the converted radiation of the second wavelength range better transparent.

Weiterhin weist das Bauelement bevorzugt als primäre Strahlungsquelle mindestens einen Leuchtdiodenchip auf, der geeignet ist, elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im ultravioletten Bereich und/oder kurzwelligen blauen Bereich zu emittieren. Zusammen mit geeigneten Lumineszenzkonversionsstoffen kann so vorteilhafterweise ein Bauelement geschaffen werden, das im Betrieb weißes Licht emittiert. Sendet der Leuchtdiodenchip UV-Strahlung aus, kann mit Hilfe entspre chender Lumineszenzkonversionspartikel ein Teil der primären UV-Strahlung in gelbes Licht und ein weiterer Teil der primären UV-Strahlung in blaues Licht umgewandelt werden. Das gelbe Licht und das blaue Licht mischen sich und hinterlassen so einen weißen Farbeindruck beim Betrachter. Es können auch Wellenlängenkonversionsstoffe eingesetzt werden um beliebige andere Farben zu erzeugen. Entsprechend geeignete Leuchtdiodenchips und Lumineszenzkonversionsstoffe sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Es können beispielsweise herkömmliche UV- emittierende und/oder kurzwellig blau emittierende Leuchtdiodenchips und herkömmliche dafür geeignete Leuchtstoffe eingesetzt werden. Ein entsprechender Leuchtdiodenchip ist beispielsweise in der Druckschrift EP 599 244 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit insofern durch Rückbezug aufgenommen wird. Lumineszenzkonversionsstoffe sind weiterhin beispielsweise in der Druckschrift DE 101 33 352 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.Furthermore, the component preferably has as primary radiation source at least one light-emitting diode chip which is suitable for emitting electromagnetic radiation with wavelengths in the ultraviolet range and / or short-wave blue range. Together with suitable Lumineszenzkonversionsstoffen so advantageously a device can be created that emits white light during operation. If the light-emitting diode chip emits UV radiation, a portion of the primary UV radiation can be converted into yellow light and a further portion of the primary UV radiation into blue light with the aid of corresponding luminescence conversion particles. The yellow light and the blue light mix, leaving the viewer with a white color impression. Wavelength conversion materials can also be used to create any other colors. Correspondingly suitable light-emitting diode chips and luminescence conversion materials are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in more detail here. For example, it is possible to use conventional UV-emitting and / or short-wave blue-emitting light-emitting diode chips and conventional phosphors which are suitable for this purpose. A corresponding LED chip is for example in the document EP 599 244 A1 whose disclosure content is hereby incorporated by reference. Lumineszenzkonversionsstoffe are further, for example, in the document DE 101 33 352 A1 described, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren, umfasst insbesondere die Schritte:

  • – Bereitstellen mindestens einer primären Strahlungsquelle, die geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren mit mindestens einer strahlungsemittierenden Seite,
  • – Aufbringen eines Lumineszenzkonversionselements zumindest auf die strahlungsemittierende Seite der primären Strahlungsquelle, und
  • – Aufbringen eines dreidimensionalen Photonischen Kristalls auf dem Lumineszenzkonversionselement.
A method for producing a component which is suitable for emitting electromagnetic radiation comprises in particular the steps:
  • Providing at least one primary radiation source which is suitable for emitting electromagnetic radiation with at least one radiation-emitting side,
  • Applying a luminescence conversion element at least to the radiation-emitting side of the primary radiation source, and
  • - Applying a three-dimensional photonic crystal on the luminescence conversion element.

Zwischen der primären Strahlungsquelle und dem Lumineszenzkonversionselement und/oder zwischen dem Lumineszenzkonversionselement und dem photonoischen Kristall können, falls zweckmäßig, zusätzliche Schichten, wie beispielsweise Verbindungsschichten, angeordnet sein.Between the primary Radiation source and the luminescence conversion element and / or between the luminescence conversion element and the photonic one Crystal can, if appropriate, additional Layers, such as tie layers, be arranged.

Besonders bevorzugt wird der photonische Kristall auf einen Träger aufgebracht und der Träger mit dem photonischen Kristall wird auf dem Lumineszenzkonversionselement aufgebracht. Der Träger ist hierbei vorzugsweise zumindest teilweise durchlässig für die von dem Lumineszenzkonversionselement konvertierte Strahlung. Diese Ausführungsform des Verfahrens bietet den Vorteil, dass der photonische Kristall getrennt von dem restlichen Bauelement hergestellt werden kann. So können insbesondere Technologien zur Herstellung des photonischen Kristalls angewendet werden, die das restliche Bauelement schädigen würden. Der Träger mit dem photonischen Kristall kann wahlweise so auf das Lumineszenzkonversionselement aufgebracht werden, dass der photonische Kristall zu dem Lumineszenzkonversionselement hin oder weg gewandt ist.Especially Preferably, the photonic crystal is applied to a support and the carrier with the photonic crystal is on the luminescence conversion element applied. The carrier is hereby preferably at least partially permeable to that of the luminescence conversion element converted radiation. These embodiment of the method offers the advantage that the photonic crystal can be made separately from the rest of the device. So can in particular technologies for the production of the photonic crystal applied which would damage the rest of the device. The carrier with Optionally, the photonic crystal may be exposed to the luminescence conversion element be applied that the photonic crystal to the luminescence conversion element turned away or gone.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann der Träger nachfolgend von dem photonischen Kristall wieder entfernt werden. Dies bietet beispielsweise den Vorteil, dass keine Strahlung durch den Träger ausgefiltert wird.at a further preferred embodiment of the method may be the carrier subsequently removed from the photonic crystal again. This offers, for example, the advantage that no radiation passes through the carrier is filtered out.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufbringen des photonischen Kristalls die Selbstorganisation kolloidaler Teilchen. Selbstorganisierende Prozesse beinhalten beispielsweise Verdunstungsprozesse, Elektrophorese und/oder Sedimentationsschritte. Bei den kolloidalen Teilchen kann es sich beispielsweise um Kugeln aus Polystyrol oder aus SiO2 handeln. Kolloidale Teilchen sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Selbstorganisierende Prozesse bieten zum einen in der Regel den Vorteil, vergleichsweise einfach durchgeführt werden zu können. Zum anderen können mit selbstorganisierenden Prozessen periodische Strukturen mit vielfältigen Geometrien erzeugt werden.In a further preferred embodiment of the method, the application of the photonic crystal comprises the self-assembly of colloidal particles. Self-organizing processes include, for example, evaporation processes, electrophoresis and / or sedimentation steps. The colloidal particles may, for example, be polystyrene or SiO 2 spheres. Colloidal particles are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in more detail here. On the one hand, self-organizing processes usually have the advantage of being comparatively easy to carry out. On the other hand, self-organizing processes can be used to generate periodic structures with a variety of geometries.

Weiterhin umfasst das Aufbringen des photonischen Kristalls bevorzugt mindestens einen elektrophoretischen Verfahrensschritt zur Aufbringung kolloidaler Teilchen.Furthermore, the application of the photonic crystal preferably comprises at least one electrophoretic process step for application colloidal particles.

Werden die kolloidalen Teilchen in einer periodischen Struktur mit Hilfe eines elektrophoretischen Verfahrenschrittes aufgebracht, kann auch Füllmaterial, das die Zwischenräume zwischen den kolloidalen Teilchen auffüllen sollen, vorteilhafterweise entweder gleichzeitig oder mit Hilfe eines nachfolgenden elektrophoretischen Schrittes aufgebracht werden. Dies bietet in der Regel den Vorteil einer vereinfachten Verfahrensführung. Weiterhin bieten elektrophoretische Prozesse den Vorteil, deutlich schneller durchgeführt werden zu können, als beispielsweise Sedimentation- oder Verdunstungsprozesse. Außerdem können mit elektrophoretischen Verfahren in der Regel dickere Schichten realisiert werden als mit alternativen Verfahren.Become using the colloidal particles in a periodic structure applied an electrophoretic process step may also Filling material, that the spaces between to fill up between the colloidal particles, advantageously either simultaneously or with the aid of a subsequent electrophoretic Step be applied. This usually offers the advantage a simplified procedure. Furthermore, electrophoretic processes offer the advantage, clearly performed faster to be able to as, for example, sedimentation or evaporation processes. You can also use Electrophoretic processes usually realized thicker layers be considered with alternative methods.

Weiterhin werden als kolloidale Teilchen bevorzugt Kugeln mit einem Durchmesser größer oder gleich 100 μm und kleiner oder gleich 250 μm verwendet. Werden diese Teilchen in einer kubischen oder hexagonal dichtesten Kugelpackung angeordnet, bilden sie das Grundgitter für eine inverse Opalstruktur, deren photonische Bandlücke im UV- oder UV-nahen Bereich des sichtbaren Lichtes liegt.Farther are preferred as colloidal particles balls with a diameter greater or equal 100 μm and less than or equal to 250 μm used. These particles are in a cubic or hexagonal densest packing arranged, they form the basic grid for an inverse Opal structure, whose photonic band gap in the UV or UV-near range of visible light.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die periodischen Strukturen des photonischen Kristalls im Rahmen der Erfindung nicht nur mit Hilfe selbstorganisierender Prozesse, wie Elektrophorese, Verdunstung oder Sedimentation erzeugt werden können, sondern auch mit jedem anderen geeigneten Prozess, wie beispielsweise mit Hilfe von Lasern (Interferenzlithographie) oder Ätz- und Aufdampfverfahren. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, dass gemäß der Erfindung nicht nur inverse Opalstrukturen als photonische Kristalle zur Anwendung kommen können, sondern alle periodischen Strukturen, die einen photonischen Kristall mit geeigneter photonischer Bandlücke bilden.It It should be noted at this point that the periodic structures of the photonic crystal in the invention not only with Help self-organizing processes, such as electrophoresis, evaporation or sedimentation can be generated, but also with each other suitable process, such as with the help of lasers (interference lithography) or etching and vapor deposition. It should also be noted that according to the invention not only inverse opal structures as photonic crystals for use can come, but all the periodic structures that make up a photonic crystal form with a suitable photonic band gap.

Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden in Verbindung mit den 1 bis 3 und 4a bis 4d beschriebenen Ausführungsbeispielen.Other features, advantages and advantages of the invention will become apparent from the following in connection with the 1 to 3 and 4a to 4d described embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1, eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles des Bauelementes, 1 a schematic sectional view of an embodiment of the component,

2, eine weitere schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des Bauelementes, 2 a further schematic sectional view of a further embodiment of the component,

3, eine weitere schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des Bauelementes, und 3 , Another schematic sectional view of another embodiment of the device, and

4a bis 4d, schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensstadien zur Aufbringung eines photonischen Kristalls auf einen Träger. 4a to 4d , Schematic cross-sectional views of process stages for applying a photonic crystal on a support.

In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente der Figuren, insbesondere die Schichtdicken, sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können sie zum besseren Verständnis teilweise übertrieben groß dargestellt sein.In the embodiments and the figures are the same or equivalent components respectively provided with the same reference numerals. The illustrated elements The figures, in particular the layer thicknesses, are not to be regarded as true to scale. Rather, you can for a better understanding partially exaggerated shown big be.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Leuchtdiodenchip 1 auf einem Chipträger 2 aufgebracht und mit einem Bonddraht 3 elektrisch kontaktiert. Der Leuchtdiodenchip 1 wird von einem Lumineszenzkonversionselement 4 umhüllt. Das Lumineszenzkonversionselement 4 umfasst eine polymere Matrix 41 in der Lumineszenzkonversionspartikel 42 eingebettet sind. Auf dem Lumineszenzkonversionselement 4 ist in direktem Kontakt eine Schicht aus einem photonischen Kristall 51 aufgebracht, dessen Bandlücke so ausgebildet ist, dass hinsichtlich der Emission des Bauelements unerwünschte Primärstrahlung des Leuchtdiodenchips 1 zumindest weitestgehend reflektiert wird und konvertierte Strahlung zumindest weitestgehend transmittiert wird. Der photonische Kristall 51 ist so aufgebracht, dass er die gesamte Oberfläche des Lumineszenzkonversionselementes 4 bedeckt. Weiterhin beträgt die Dicke der Schicht zwischen 2 und 50 μm. Der photonische Kristall bildet hierbei einen wesentlichen funktionalen Bestandteil eines Filterelementes 5, das die Aufgabe hat, Primärstrahlung des Leuchtdiodenchips 1 vor dem Verlassen des Bauelementes auszusondern.At the in 1 shown embodiment is a light-emitting diode chip 1 on a chip carrier 2 applied and with a bonding wire 3 electrically contacted. The LED chip 1 is from a luminescence conversion element 4 envelops. The luminescence conversion element 4 comprises a polymeric matrix 41 in the luminescence conversion particles 42 are embedded. On the luminescence conversion element 4 is in direct contact a layer of a photonic crystal 51 applied, the band gap is formed so that in terms of the emission of the device unwanted primary radiation of the LED chip 1 at least largely reflected and converted radiation is at least largely transmitted. The photonic crystal 51 is applied so that it covers the entire surface of the luminescence conversion element 4 covered. Furthermore, the thickness of the layer is between 2 and 50 microns. The photonic crystal forms an essential functional component of a filter element 5 , which has the task of primary radiation of the LED chip 1 weeding out before leaving the device.

Im Betrieb sendet der Leuchtdiodenchip 1 elektromagnetische Strahlung aus, die von den Konversionspartikeln 42 in der umhüllenden Matrix 41 in Strahlung einer gewünschten Wellenlänge umgewandelt wird. Der Leuchtdiodenchip 1 kann beispielsweise UV-Strahlung aussenden, von der innerhalb des Lumines zenzkonversionselementes 4 ein gewisser Teil in gelbes Licht und ein weiterer Teil in blaues Licht umgewandelt wird. Das gelbe Licht und das blaue Licht mischen sich und hinterlassen einen weißen Farbeindruck beim Betrachter.During operation, the LED chip sends 1 electromagnetic radiation emitted by the conversion particles 42 in the enveloping matrix 41 is converted into radiation of a desired wavelength. The LED chip 1 For example, it can emit UV radiation from within the luminescence zenzkonversionselementes 4 a certain part is transformed into yellow light and another part into blue light. The yellow light and the blue light mix and leave a white color impression on the viewer.

Die Umwandlung von UV-Strahlung in Licht einer anderen Wellenlänge findet statt, wenn ein Photon auf ein Lumineszenzkonversionspartikel 42 trifft und erfolgt daher nach statistischen Gesetzmäßigkeiten. Bei diesem Vorgang besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Photonen das Lumineszenzkonversionselement 4 ungehindert passieren können und so unkonvertierte Primärstrahlung von dem Leuchtdiodenchip 1 auf den photonischen Kristall 51 trifft. Dort wird sie in der Regel von dem photonischen Kristall 51 zurück in das Lumineszenzkonversionselement 4 reflektiert und steht den Lumineszenzkonversionspartikeln 42 erneut zur Verfügung.The conversion of UV radiation to light of another wavelength occurs when a photon encounters a luminescence conversion particle 42 therefore meets and takes place according to statistical laws. In this process, there is a likelihood that photons will be the luminescence conversion element 4 can pass unhindered and so unconverted primary radiation from the LED chip 1 on the photonic crystal 51 meets. There she is usually from the photonic crystal 51 back to the luminescence conversion lement 4 reflects and is the luminescence conversion particles 42 again available.

Zum Abscheiden einer Schicht photonischen Kristalls 51 auf dem Lumineszenzkonversionselement 4 wird, beispielsweise durch Tauchen des Bauelementes in eine Suspension mit SiO2-Kugeln 6 und nachfolgende Verdunstung, eine Schicht aus Kugeln 6 in einer kubischen oder hexagonal dichtesten Kugelpackung auf dem Lumineszenzkonversionselement 4 erzeugt. In einem nachfolgenden Schritt werden die Zwischenräume 7 mit TiO2 gefüllt, das zur Stabilisierung mit einem Bindemittel versetzt ist. Anschließend werden die SiO2-Kugeln 6 auf chemischem Wege herausgelöst, beispielsweise durch Ätzen mit Flusssäure. Der Durchmesser der verwendeten SiO2-Kugeln 6 liegt hierbei im Bereich zwischen 100 und 250 nm.For depositing a layer of photonic crystal 51 on the luminescence conversion element 4 is, for example, by immersing the device in a suspension with SiO 2 balls 6 and subsequent evaporation, a layer of balls 6 in a cubic or hexagonal close packing on the luminescence conversion element 4 generated. In a subsequent step, the spaces become 7 filled with TiO 2 , which is mixed with a binder for stabilization. Subsequently, the SiO 2 spheres 6 dissolved out by chemical means, for example by etching with hydrofluoric acid. The diameter of the SiO 2 balls used 6 lies in the range between 100 and 250 nm.

Geeignete UV-emittierende und/oder kurzwelliges blaues Licht emittierende Leuchtdiodenchips und dafür geeignete Lumineszenzkonversionsstoffe sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Es können beispielsweise herkömmliche UV-emittierende und/oder kurzwellig blau emittierende Leuchtdiodenchips und herkömmliche dafür geeignete Leuchtstoffe eingesetzt werden.suitable UV-emitting and / or short-wave blue light-emitting LED chips and for that suitable luminescence conversion materials are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in detail at this point. It can, for example, conventional UV-emitting and / or short-wave blue emitting LED chips and conventional suitable for it Phosphors are used.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 wird im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein Chipträger 2 verwendet, das eine Ausnehmung aufweist, in die der Leuchtdiodenchip 1 montiert wird. Zur Erhöhung der Strahlungsausbeute des Bauelements können die Seiten der Chipträgerausnehmung reflektierende Elemente 8 enthalten. Die Chipträgerausnehmung ist weiterhin vollständig mit einer polymeren Masse 41 mit eingebetteten Lumineszenzkonversionspartikeln 42 ausgefüllt, so dass diese zusammen mit dem Chipträger 2 eine im Wesentlichen plane Oberfläche bildet. Auf dieser im Wesentlichen planen Oberfläche ist ein Träger 9 angebracht, auf dem eine Schicht photonischen Kristalls 51 aufgebracht ist. Der Träger 9 kann hierbei beispielsweise mittels Kleben befestigt werden.In the embodiments according to the 2 and 3 is in contrast to the embodiment according to 1 a chip carrier 2 used, which has a recess into which the LED chip 1 is mounted. To increase the radiation yield of the component, the sides of the chip carrier recess may have reflective elements 8th contain. The chip carrier recess is still complete with a polymeric mass 41 with embedded luminescence conversion particles 42 filled out, so this together with the chip carrier 2 forms a substantially planar surface. On this essentially plane surface is a carrier 9 attached, on which a layer of photonic crystal 51 is applied. The carrier 9 In this case, for example, be attached by gluing.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Träger 9 so auf der planen Oberfläche angebracht, dass der photonische Kristall 51 dem Lumineszenzkonversionselement 4 zugewandt ist. Im Unterschied hierzu ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 der Träger 9 genau umgekehrt aufgebracht, so dass der photonische Kristall 51 vom dem Lumineszenzkonversionselement 4 abgewandt ist. Der Träger 9 kann in einem nachfolgenden Schritt auch entfernt werden.In the embodiment according to 2 is the carrier 9 so attached to the plane surface that the photonic crystal 51 the luminescence conversion element 4 is facing. In contrast, in the embodiment according to 3 the carrier 9 applied the other way round, leaving the photonic crystal 51 from the luminescence conversion element 4 turned away. The carrier 9 can also be removed in a subsequent step.

Wird der photonische Kristall 51 auf einen Träger 9 aufgebracht, kann als Trägermaterial beispielsweise Quarz, Glas, eine transparente Keramik oder ein Hochtemperaturpolymer verwendet werden. Das Trägermaterial muss im Wesentlichen trans parent für die von dem Lumineszenzkonversionselement 4 konvertierte Strahlung sein.Becomes the photonic crystal 51 on a carrier 9 applied, may be used as a support material, for example, quartz, glass, a transparent ceramic or a high-temperature polymer. The support material must be substantially transparent to that of the luminescence conversion element 4 be converted radiation.

Auf diesen Träger 9 werden kolloidale Teilchen wie beispielsweise Polystyrolkugeln 6 oder SiO2-Kugeln 6 mit Hilfe eines selbstorganisierenden Prozesses, wie beispielsweise eines elektrophoretischen Schrittes aufgebracht (vergleiche 4b).On this carrier 9 become colloidal particles such as polystyrene beads 6 or SiO 2 spheres 6 with the aid of a self-organizing process, such as an electrophoretic step applied (see 4b ).

Ein weiterer selbstorganisierender Prozess zur Aufbringung von Kugeln 6 in einer kubischen oder hexagonal dichtesten Kugelpackung (vergleiche 4b) umfasst beispielsweise das Eintrocknen einer Suspension mit Kugeln 6 auf dem Träger 9. Zur Herstellung dicker Schichten können hierbei mehrere Verdunstungsprozesse notwendig sei.Another self-organizing process for applying balls 6 in a cubic or hexagonal closest packing (cf. 4b ) comprises, for example, the drying of a suspension with balls 6 on the carrier 9 , For the production of thick layers several evaporation processes may be necessary.

Sollen die Kugeln 6 mit Hilfe eines elektrophoretischen Schrittes auf dem Träger 9 aufgebracht werden, muss der Träger 9 elektrisch leitfähig sein. Hierzu kann beispielsweise eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht sein, die im Wesentlichen ebenfalls transparent für von dem Lumineszenzkonversionelement 4 umgewandelte Strahlung ist. Eine solche Schicht umfasst beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO).Shall the balls 6 by means of an electrophoretic step on the support 9 be applied, the carrier must 9 be electrically conductive. For this purpose, for example, an electrically conductive layer can be applied, which is also substantially transparent to the luminescence conversion element 4 converted radiation is. Such a layer includes, for example, indium tin oxide (ITO).

In einem weiteren Schritt werden nachfolgend die Zwischenräume 7 zwischen den Kugeln 6 mit einem weiteren Material, wie beispielsweise TiO2 oder SiO2 aufgefüllt (vergleiche 4c). Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Sol-Gel-Verfahrens erfolgen. Hierbei wird ein metallorganisches Startmaterial, beispielsweise Titanisopropoxid oder Tetraethylorthosilikat in einer alkoholischen Lösung auf die Struktur aus Polystyrol- oder SiO2-Kugeln 6 aufgebracht. Dazu wird der Träger 9 mit den Kugeln 6 entweder in die Lösung ge taucht oder die Lösung wird auf die Struktur aus Kugeln 6 aufgebracht. Je nach Zusammensetzung der Lösung ist ein solcher Schritt mehrmals erforderlich, wobei der Träger 9 mit den Kugeln 6 zwischen den Schritten jeweils getrocknet wird. Es ist auch denkbar, dass zwischen den Schritten eine Kalzinierung bei geringeren Temperaturen, wie beispielsweise 300 °C erfolgt.In a further step, the interspaces are subsequently 7 between the balls 6 filled with another material, such as TiO 2 or SiO 2 (see 4c ). This can be done for example by means of a sol-gel method. Here, a metal-organic starting material, such as titanium isopropoxide or tetraethyl orthosilicate in an alcohol solution to the structure of polystyrene or SiO 2 spheres 6 applied. This is the carrier 9 with the balls 6 either dipped in the solution or the solution is made on the structure of balls 6 applied. Depending on the composition of the solution, such a step is required several times, the carrier 9 with the balls 6 between the steps each dried. It is also conceivable that between the steps, a calcination at lower temperatures, such as 300 ° C takes place.

Abschließend erfolgt eine Kalzinierung bei der zum einen die zwischen den Kugeln 6 entstandenen Gele durch Abspaltung der organischen Reste in Oxide umgewandelt und gesintert werden. Zum anderen werden die Kugeln 6 bei der Kalzinierung ausgebrannt, sofern es sich um Polystyrolkugeln 6 handelt.Finally, a calcination takes place at the one between the balls 6 gels formed by cleavage of the organic radicals are converted into oxides and sintered. The other is the bullets 6 Burned out during calcination, provided that it is polystyrene beads 6 is.

Die Zwischenräume 7 zwischen Kugeln 6 können auch mit Hilfe eines elektrophoretischen Schrittes mit Material gefüllt werden. Dies bietet sich insbesondere an, wenn bereits die Kugeln 6 mit Hilfe eines elektrophoretischen Schrittes abgeschieden wurden. Der Träger 9 wird hierzu in einer Suspension platziert, die ein nanoskaliges Oxid wie beispielsweise TiO2 oder SiO2 enthält. Die Partikel des Oxides müssen hierbei kleiner als 10 nm und gegen Agglomerieren geschützt sein.The gaps 7 between balls 6 can also be filled with material by means of an electrophoretic step. This is possible especially if already the balls 6 were deposited by means of an electrophoretic step. The carrier 9 For this purpose, it is placed in a suspension containing a nanoscale oxide such as TiO 2 or SiO 2 . The particles of the oxide must be less than 10 nm and protected against agglomeration.

Alternativ können die Zwischenräume 7 zwischen den Kugeln 6 auch mit Hilfe eines Chemical-Vapor-Deposition Verfahrens (CVD-Verfahren) aufgefüllt werden.Alternatively, the spaces between 7 between the balls 6 also be filled with the aid of a chemical vapor deposition method (CVD method).

Werden die Zwischenräume 7 zwischen Polystyrolkugeln 6 nicht mit Hilfe eines Sol-Gel-Verfahren mit Material gefüllt, sondern beispielsweise elektrophoretisch oder mit Hilfe eines CVD-Verfahrens, werden die Polystyrolkugeln 6 in einem Ofen bei 450°C bis 600° C über zwei bis zehn Stunden an Luft aus gebrannt. Hierbei erfolgt gleichzeitig eine Sinterung des Materials in den Zwischenräumen 7.Be the spaces 7 between polystyrene beads 6 not filled with material by means of a sol-gel process but, for example, electrophoretically or by means of a CVD process, the polystyrene spheres 6 baked in an oven at 450 ° C to 600 ° C for two to ten hours in air. At the same time a sintering of the material takes place in the interstices 7 ,

Alternativ ist es auch denkbar die Polystyrolkugeln 6 auf chemischen Wege zu entfernen, beispielsweise falls es nicht möglich ist bei der Herstellung des photonischen Kristalls erhöhte Temperaturen anzuwenden.Alternatively, it is also conceivable the polystyrene beads 6 by chemical means, for example if it is not possible to use elevated temperatures in the production of the photonic crystal.

Wird die periodische Struktur mit Hilfe von SiO2-Kugeln 6 erzeugt, wird das Material in den Zwischenräumen 7 erst in einem Ofen gesintert, wobei hierbei auch höhere Temperaturen verwendet werden können, als bei der Verwendung von Polystyrolkugeln 6. In einem nachfolgenden Schritt werden SiO2-Kugeln 6 mit einer Flusssäurelösung aus dem Material in den Zwischenräumen 7 herausgeätzt, unter der Vorraussetzung, dass die Zwischenräume nicht mit SiO2 oder Si gefüllt sind.Will the periodic structure using SiO 2 spheres 6 generated, the material is in the spaces 7 first sintered in an oven, although higher temperatures can be used here than with the use of polystyrene beads 6 , In a subsequent step, SiO 2 spheres 6 with a hydrofluoric acid solution of the material in the interstices 7 etched, provided that the spaces are not filled with SiO 2 or Si.

Neben den bereits erwähnten Materialien TiO2, SiO2, Si und Ge ist es auch denkbar, die Zwischenräume 7 zwischen den Kugeln 6 mit polymeren Materialien oder auch mit Hybridmaterialien aus Polymeren und einem nanoskaligen Pulver, wie SiO2 oder TiO2, zu füllen.In addition to the materials already mentioned TiO 2 , SiO 2 , Si and Ge, it is also conceivable, the spaces 7 between the balls 6 with polymeric materials or with hybrid materials of polymers and a nanoscale powder, such as SiO 2 or TiO 2 to fill.

Der Umfang der Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, uch wenn diese Kombination nicht explizit in den Patentansprüchen angegeben ist.Of the Scope of the invention is not by the description of the invention based on the embodiments limited. Rather, the invention includes every new feature as well as any combination of Characteristics, in particular any combination of features in the claims includes, if this combination is not explicitly stated in the claims is.

Claims (14)

Bauelement, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren, mit: – mindestens einer primären Strahlungsquelle (1), die geeignet ist elektromagnetische Primärstrahlung eines ersten Wellenlängenbereiches zu emittieren, – mindestens einem Lumineszenzkonversionselement (4), das zumindest einen Teil der von der primären Strahlungsquelle stammenden Strahlung in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereiches konvertiert, der zumindest teilweise vom ersten Wellenlängenbereich verschieden ist, und – einem dem Lumineszenzkonversionselement (4) aus Sicht der primären Strahlungsquelle nachgeordneten Filterelement (5) mit einem dreidimensionalen photonischen Kristall (51), der derart ausgelegt ist, dass er für zur Emission unerwünschte Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches weitestgehend undurchlässig ist und diese reflektiert, und gleichzeitig für Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches weitestgehend durchlässig ist.Component capable of emitting electromagnetic radiation, comprising: - at least one primary radiation source ( 1 ) which is suitable for emitting electromagnetic primary radiation of a first wavelength range, - at least one luminescence conversion element ( 4 ) which converts at least part of the radiation originating from the primary radiation source into radiation of a second wavelength range which is at least partially different from the first wavelength range, and - a luminescence conversion element ( 4 ) from the perspective of the primary radiation source downstream filter element ( 5 ) with a three-dimensional photonic crystal ( 51 ), which is designed such that it is as far as possible impermeable to emission unwanted radiation of the first wavelength range and reflects, and at the same time is largely permeable to radiation of the second wavelength range. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem das Filterelement (5) zumindest einen Teil der Primärstrahlung in das Lumineszenzkonversionselement (4) zurück reflektiert.Component according to Claim 1, in which the filter element ( 5 ) at least a portion of the primary radiation into the luminescence conversion element ( 4 ) reflected back. Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der photonische Kristall (51) dreidimensionale periodische inverse Opalstrukturen umfasst.Component according to one of the preceding claims, in which the photonic crystal ( 51 ) comprises three-dimensional periodic inverse opal structures. Bauelement nach einem der obigen Ansprüche bei dem der photonische Kristall (51) periodische Strukturen mit Lufteinschlüssen umfasst.Component according to one of the above claims, wherein the photonic crystal ( 51 ) comprises periodic structures with air pockets. Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der photonische Kristall (51) mindestens ein Material umfasst, dessen Brechungsindex größer oder gleich 1,4 ist.Component according to one of the preceding claims, in which the photonic crystal ( 51 ) comprises at least one material whose refractive index is greater than or equal to 1.4. Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der photonische Kristall (51) periodische Strukturen mit mindestens einem der Materialien TiO2, SiO2, Si und Ge umfasst.Component according to one of the preceding claims, in which the photonic crystal ( 51 ) Periodic structures comprising at least one of the materials TiO 2 , SiO 2 , Si and Ge. Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der photonische Kristall (51) in einer Schicht mit einer Dicke größer oder gleich 2μm und kleiner oder gleich 50 μm ausgebildet ist.Component according to one of the preceding claims, in which the photonic crystal ( 51 ) is formed in a layer having a thickness greater than or equal to 2 microns and less than or equal to 50 microns. Bauelement nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die primäre Strahlungsquelle (1) mindestens eine Leuchtdiode aufweist, die geeignet ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen im ultravioletten Bereich und/oder blauen Bereich des sichtbaren Lichtes zu emittieren.Component according to one of the above claims, wherein the primary radiation source ( 1 ) has at least one light-emitting diode which is suitable for emitting electromagnetic radiation with wavelengths in the ultraviolet range and / or blue range of visible light. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes, das geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren, mit den Schritten: – Bereitstellen mindestens einer primären Strahlungsquelle (1), die geeignet ist elektromagnetische Strahlung zu emittieren, mit mindestens einer Strahlung emittierenden Seite, – Aufbringen eines Lumineszenzkonversionselementes (4) zumindest auf die Strahlung emittierende Seite der primären Strahlungsquelle (1), und – Aufbringen eines dreidimensionalen photonischen Kristalls (51) auf das Lumineszenzkonversionselement (4).Method for producing a component which is suitable for emitting electromagnetic radiation, comprising the steps of: providing at least one primary radiation source ( 1 ) which is suitable for emitting electromagnetic radiation, with at least one radiation-emitting side, Application of a luminescence conversion element ( 4 ) at least on the radiation emitting side of the primary radiation source ( 1 ), and - applying a three-dimensional photonic crystal ( 51 ) to the luminescence conversion element ( 4 ). Verfahren nach Anspruch 9, bei dem – der photonische Kristall (51) auf einen Träger (9) aufgebracht wird, und – der Träger (9) mit dem photonischen Kristall (51) auf dem Lumineszenzkonversionselement aufgebracht wird.Method according to claim 9, in which - the photonic crystal ( 51 ) on a support ( 9 ), and - the carrier ( 9 ) with the photonic crystal ( 51 ) is applied to the luminescence conversion element. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Träger (9) nachfolgend von dem photonischen Kristall (51) entfernt wird.Method according to Claim 10, in which the support ( 9 ) subsequently from the photonic crystal ( 51 ) Will get removed. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem während des Aufbringens des photonischen Kristalls (51) eine Selbstorganisation kolloidaler Teilchen (6) erfolgt.Method according to one of claims 9 to 11, wherein during the application of the photonic crystal ( 51 ) a self-assembly of colloidal particles ( 6 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Aufbringen des photonischen Kristalls (51) mindestens einen elektrophoretischen Verfahrensschritt zur Aufbringung kolloidaler Teilchen umfasst.A method according to claim 12, wherein the deposition of the photonic crystal ( 51 ) comprises at least one electrophoretic process step for applying colloidal particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, bei dem als kolloidale Teilchen Kugeln mit einem Durchmesser größer oder gleich 100 μm und kleiner oder gleich 250 μm verwendet werden.Method according to one of Claims 12 and 13, in which colloidal particles have larger or larger diameter balls equal to 100 μm and less than or equal to 250 μm be used.
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