DE102007057710B4

DE102007057710B4 - Strahlungsemittierendes Bauelement mit Konversionselement

Info

Publication number: DE102007057710B4
Application number: DE102007057710.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Knittl; Georg Bogner
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2027-12-01
Also published as: TW200915622A; DE102007057710A1; TWI375336B; WO2009039801A1

Abstract

Strahlungsemittierendes Bauelement mit- einem LED-Chip (1), der Primärstrahlung mit einer Wellenlänge λ0emittiert,- einer ersten Konversionsschicht (9), die auf mindestens einer Hauptfläche des LED-Chips (1) aufgebracht ist und die mindestens ein Konversionselement (10) aufweist, das zumindest einen Teil einer von dem LED-Chip (1) ausgesandten Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umwandelt, wobei die Farben der Primärstrahlung und zumindest eines Teiles der Sekundärstrahlung des Konversionselements (10) der ersten Konversionsschicht (9) derart zueinander komplementär sind, dass durch additive Farbmischung der Eindruck weißen Lichts hervorgerufen wird,- einer der ersten Konversionsschicht (9) nachgeordneten zweiten Konversionsschicht (13), die mindestens ein Konversionselement (11) aufweist, das zumindest einen Teil der von dem LED-Chip (1) ausgesandten Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umwandelt, wobei die Farben der Primärstrahlung und zumindest eines Teiles der Sekundärstrahlung des Konversionselements (11) der zweiten Konversionsschicht (13) derart zueinander komplementär sind, dass durch additive Farbmischung der Eindruck weißen Lichts hervorgerufen wird, wobei- die Konzentration des Konversionselements (11) in der zweiten Konversionsschicht (13) geringer ist als die Konzentration des Konversionselements (10) in der ersten Konversionsschicht (9),- nur die zweite Konversionsschicht (13) mindestens einen Rotleuchtstoff als weiteres Konversionselement aufweist,- sich zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des Konversionselements (10) der ersten Konversionsschicht (9), ein Teil der Sekundärstrahlung des Konversionselements (11) der zweiten Konversionsschicht (13) und ein Teil der unkonvertierten Primärstrahlung derart zu einer Mischstrahlung überlagern, dass ein Farbort der Mischstrahlung durch den Rotleuchtstoff im Farbortbereich einer Warmweißverteilung liegt, und- der LED-Chip (1) in einer Ausnehmung eines Grundgehäuses (8) angeordnet ist und die Ausnehmung zumindest teilweise von der zweiten Konversionsschicht (13) ausgefüllt ist.

Description

Diese Offenbarung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 046 612.0 .
Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer Konversionsschichtanordnung gemäß Anspruch 1.
Lichtabstrahlende Bauteile mit einem Konversionselement sind beispielsweise aus der WO 97 / 050 132 A1 bekannt. Diese Anordnungen enthalten einen Halbleiterkörper, der im Betrieb Licht aussendet (Primärlicht), und eine Konversionsschicht mit einem Konversionselement, das einen Teil dieses Lichts in einen anderen Wellenlängenbereich konvertiert (Sekundärlicht). Der Farbeindruck des von einem solchen Halbleiterbauelement emittierten Lichts ergibt sich durch additive Farbmischung aus Primärlicht und Sekundärlicht.
Das Konversionselement kann in verschiedener Weise dem Halbleiter nachgeordnet sein. Beispielsweise besteht die Konversionsschicht aus einer den Halbleiterkörper umgebenden Vergussmasse, in die das Konversionselement eingebettet ist.
Bei einer Verwendung derartiger Vergussmassen kann es zu Farbortschwankungen aufgrund einer inhomogenen Verteilung des Konversionselements in der Vergussmasse kommen, die z.B. auf einer Sedimentationsbildung von Konversionselementpartikeln beruhen kann.
Unter dem „Farbort“ werden im Folgenden die Zahlenwerte verstanden, die die Farbe des emittierten Lichts des Bauelements im CIE-Farbraum beschreiben.
Weiterhin sind die Halbleiterkörper als Quelle von Primärlicht und die Vergussmasse mit Konversionselement als Quelle von Sekundärlicht im Allgemeinen von verschiedener Form und Größe, so dass ein räumlich inhomogener Farbeindruck entstehen kann und bei Abbildungen chromatische Fehler auftreten können. Zudem gibt es Fertigungstoleranzen bei der Dosierung der Vergussmasse, die zu Schwankungen der Menge der Vergussmasse, die dem Halbleiterkörper in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, und somit auch zu Schwankungen des Farbortes des Bauelements führen können. Ist ein gleichmäßiger Farbeindruck in verschiedenen Beobachtungsrichtungen erforderlich, so sollte die optische Weglänge in der Vergussmasse für alle gewünschten Beobachtungsrichtungen annähernd gleich sein.
Bei Bauelementen mit herkömmlichen LED-Chips wurde festgestellt, dass der resultierende Farbort selbst dann noch eine Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel aufweist, wenn die Halbleiterschichtenfolge des LED-Chips im Wesentlichen mit einer dünnen, möglichst homogenen und ganzflächig auf der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebrachten Konversionsschicht versehen ist.
In der WO 01 / 065 613 A1 ist offenbart, eine dünne Konversionsschicht mit mindestens einem Konversionselement direkt auf einer Halbleiterschichtenfolge eines Diodenchips aufzubringen. Dies hat gegenüber der Verwendung von konversionselementhaltigen Vergussmassen den Vorteil, dass das Konversionselement homogener und in einer besser definierbaren Menge auf die Halbleiterschichtenfolge des Diodenchips aufgebracht werden kann. Ein von derart hergestellten Diodenchips emittiertes Licht weist hinsichtlich seines Farbortspektrums in der Regel eine größere Homogenität auf als Bauelemente, bei denen ein Diodenchip mit einer konversionselementhaltigen Vergussmasse eingekapselt ist.
Eine derartige Konversion des Licht durch eine dünne Konversionsschicht direkt über dem Halbleiterkörper hat zur Folge, dass bei der Schichtherstellung nur bestimmte Farborte, z.B. für einen gesamten Chip Wafer eingestellt werden können, die selbst Schwankungen und Toleranzen im Farbort aufweisen. Zudem können auch aufgrund unterschiedlicher Weglängen der Strahlung Farbunterschiede über dem Abstrahlwinkel auftreten.
In der Druckschrift US 2007 / 0 128 745 A1 ist ein Abscheideverfahren für Leuchtstoff angegeben.
Druckschrift US 2006 / 0 073 625 A1 beschreibt ein Bauelement mit einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht, die auf einer Oberseite eines blauen LED-Chips angeordnet ist, und einer zweiten Wellenlängenkonversionsschicht, die in einem Hohlraum des Bauelements gefüllt ist.
Druckschrift US 2004 / 0 217 692 A1 beschreibt eine LED-Vorrichtung mit einer ersten fluoreszierenden Schicht und einer zweiten fluoreszierenden Schicht. Ein rotes Licht emittierendes fluoreszierendes Material wird in dieser Druckschrift erwähnt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein strahlungsemittierendes Bauelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem es möglich ist, ein Farbortspektrum mit weitergehend verbesserter Homogenität zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß enthält ein strahlungsemittierendes Bauelement einen LED-Chip, der Primärstrahlung mit einer Wellenlänge λ₀ emittiert, wobei dem LED-Chip in Abstrahlrichtung eine erste Konversionsschicht nachgeordnet ist, die mindestens ein Konversionselement enthält, das bei Anregung mit der Wellenlänge λ₀ Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge emittiert. Dabei ist die erste Konversionsschicht mindestens auf einer Hauptfläche des LED-Chips aufgebracht, wobei der ersten Konversionsschicht eine zweite Konversionsschicht nachfolgt, die mindestens ein Konversionselement aufweist, das bei Anregung mit der Wellenlänge λ₀ Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge emittiert, derart, dass das Halbleiterbauelement Mischstrahlung aussendet, die Primärstrahlung, Sekundärstrahlung des Konversionselements der ersten Konversionsschicht und Sekundärstrahlung des Konversionselements der zweiten Konversionsschicht enthält.
Das Bauelement hat den Vorteil, dass sich Farbunterschiede über dem Abstrahlwinkel des LED-Chips, die sich aufgrund unterschiedlicher Weglängen der Primär- und der Sekundärstrahlung ergeben, verringern. Das kommt dadurch zustande, dass an dem Konversionselement der zweiten Konversionsschicht ein Teil der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung der ersten Konversionsschicht gestreut werden, wobei sich die Streustrahlung der Primär- und der Sekundärstrahlung ungerichtet in alle Raumrichtungen ausbreitet. Dadurch lassen sich Schwankungen des Farborts über dem Abstrahlwinkel verringern. Auf diese Weise wird eine Reduzierung von Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinkel erzielt.
Bei der Herstellung des Bauelements kann durch die Verwendung von zwei Konversionsschichten eine enge und adaptierte Farbselektion erfolgen und somit ein gewünschter Farbort der emittierten Strahlung des Bauelements eingestellt werden. Durch die direkt auf den LED-Chip aufgebrachte erste Konversionsschicht kann ein Basisfarbort eingestellt werden, der im Wesentlichen den Farbeindruck der emittierten Strahlung des Bauelements bestimmt. Durch die nachfolgende zweite Konversionsschicht kann eine feinere Einstellung und somit eine weitere Adaptierung des Farborts der emittierten Strahlung des Bauelements erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Konversionsschicht dünner als die zweite Konversionsschicht.
Die Konzentration des Konversionselements in der zweiten Konversionsschicht ist geringer als die Konzentration des Konversionselements in der ersten Konversionsschicht.
Durch die geringe Konzentration des Konversionselements der zweiten Konversionsschicht wird der ursprüngliche Farbort der durch die erste Konversionsschicht tretenden Mischstrahlung bestehend aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung des Konversionselements der ersten Konversionsschicht nur geringfügig verändert. Der durch die erste Konversionsschicht erzeugte Farbeindruck der von dem Bauelement emittierten Strahlung ist somit von der zweiten Konversionsschicht mit darin enthaltener geringer Konzentration des Konversionselements gering beeinflusst. In Kombination mit Streueffekten an dem Konversionselement der zweiten Konversionsschicht ergibt sich insgesamt eine Reduzierung von Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinkel.
Der LED-Chip ist in einer Ausnehmung eines Grundgehäuses angeordnet, wobei die Ausnehmung zumindest teilweise von der zweiten Konversionsschicht ausgefüllt ist und zumindest einen Teil des LED-Chips umschließt.
Vorzugsweise weist das Bauelement einen Reflektor für die vom LED-Chip im Betrieb ausgesandte Primärstrahlung und die erzeugten Sekundärstrahlungen auf, in dem der LED-Chip und die nachfolgenden Konversionsschichten zumindest teilweise angeordnet sind. Bevorzugt ist der Reflektor durch eine reflektionserhöhende Beschichtung der Innenwände der Ausnehmung ausgebildet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Konversionselement der zweiten Konversionsschicht einen Teil der Primärstrahlung in Strahlung mehrerer Wellenlängenbereiche aus voneinander verschiedenen spektralen Teilbereichen umwandeln, so dass das Bauelement Mischstrahlung, bestehend aus Primärstrahlung, Sekundärstrahlung der ersten Konversionsschicht und Sekundärstrahlung der verschiedenen Wellenlängenbereiche der zweiten Konversionsschicht aussendet. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, vielfältige Farbmischungen und Farborte zu erzeugen.
Der oder die Wellenlängenbereiche der Sekundärstrahlung der ersten und/oder zweiten Konversionsschicht weisen im Wesentlichen größere Wellenlängen auf als der Wellenlängenbereich der Primärstrahlung.
Mit besonderem Vorteil weist zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des zweiten Konversionselements die gleiche Wellenlänge auf wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements. Dadurch erhöht sich der Anteil der Sekundärstrahlung im Wellenlängenbereich des Konversionselements der ersten Konversionsschicht. Der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung ist dadurch in Richtung der Sekundärstrahlung hin verschoben. Bei der Herstellung eines Bauelements mit zwei Konversionsschichten, bei dem die Sekundärstrahlung des zweiten Konversionselements die gleiche Wellenlänge aufweist wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements, kann der Farbort der von dem LED-Chip emittierten Mischstrahlung bestehend aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung, der ansonsten zu stark den Farbort der Primärstrahlung zeigen würde, durch die zweite Konversionsschicht mit Vorteil so einstellen werden, dass der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung in Richtung des Farborts der Sekundärstrahlung verschoben ist.
Das Konversionselement bzw. die Konversionselemente und LED-Chip sind so aufeinander abgestimmt, dass die Farben der Primärstrahlung und zumindest eines Teiles der Sekundärstrahlung zueinander komplementär sind. Durch additive Farbmischung wird der Eindruck weißen Lichts hervorgerufen.
Die zweite Konversionsschicht enthält weiterhin mindestens einen Rotleuchtstoff als ein weiteres Konversionselement oder Rotleuchtstoffe als weitere Konversionselemente.
Durch den Rotleuchtstoff oder die Rotleuchtstoffe in der zweiten Konversionsschicht liegt der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung im Farbortbereich einer Warmweissverteilung, die vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000 K - 2000 K liegt.
Bei der Herstellung eines Bauelements kann durch das Aufbringen der zweiten Konversionsschicht ein Farbort, der aufgrund der Konversion in der ersten Konversionsschicht im Bereich einer Weissverteilung, die im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von etwa 6000 K liegt, in Richtung unterschiedlicher Warmweissverteilungen, die vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000 K - 2000 K liegen, verschoben werden. Ferner ist es durch andere Konversionselemente möglich, Blau-, Grün-, Gelb- oder Violett-Töne zu erzeugen.
Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der von dem LED-Chip emittierten Strahlung im blauen Spektralbereich. Hierfür eignen sich insbesondere LED-Chips auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Alternativ kann die Schichtenfolge des LED-Chips auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basieren. „Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist, vorzugsweise mit n :A 0 und/oder m ≠ 0. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die sich vor allem zur Erzeugung von mischfarbigem Licht eignet, liegt die Sekundärstrahlung des Konversionselements der ersten und/oder zweiten Konversionsschicht im gelben oder roten Spektralbereich.
Der LED-Chip ist mit besonderem Vorteil ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip. Als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip wird im Rahmen der Anmeldung ein LED-Chip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf dem eine Schichtenfolge für den LED-Chip, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen wurde, gedünnt oder, insbesondere vollständig, abgelöst ist.
Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Vorzugsweise ist die zweite Konversionsschicht durch eine Vergussmasse gebildet, in die das zweite Konversionselement eingebettet ist.
Mit besonderem Vorteil weist das Bauelement in Abstrahlrichtung ein strahlformendes Element auf. Die Abstrahlcharakteristik des Bauelements kann dadurch vorteilhafterweise beeinflusst werden. Beispielsweise kann dieses Element eine Linse sein.
Mit Vorteil kann bei einem solchen Bauelement eine kleine Linse als strahlfomendes Element verwendet werden, ohne dass merkliche Dispersionseffekte auftreten. Das kommt dadurch zustande, dass bevorzugt die Konzentration des Konversionselements in der zweiten Konversionsschicht geringer ist als in der ersten Konversionsschicht. Durch die geringe Konzentration des Konversionselements in der zweiten Konversionsschicht findet eine geringe Anzahl an Streueffekten der Primär- und der Sekundärstrahlung an den Konversionselementen in der zweiten Konversionsschicht statt. Somit ist die Abstrahlfläche der von dem LED-Chip emittierten Strahlung mit Vorteil im Wesentlichen von dem LED-Chip und von der auf die Oberfläche des LED-Chips aufgebrachten dünnen ersten Konversionsschicht vorgegeben.
Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Zweckmäßigkeiten des Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements, und
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements.

Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Bei dem in 1 dargestellten strahlungsemittierenden Bauelement weist ein LED-Chip 1 einen Rückseitenkontakt 2, einen Vorderseitenkontakt 3 und eine sich aus einer Anzahl von verschiedenen Schichten zusammensetzende Schichtfolge 7 auf, die eine aktive Zone enthält, die im Betrieb des Bauelements mindestens eine Strahlung (z.B. ultraviolett, blau oder grün) emittiert.
Die Schichtenfolge 7 ist beispielsweise auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend, d.h. sie enthält vorzugsweise Al_xIn_yGa_1-x-yN, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Alternativ kann die Schichtenfolge 7 auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basieren, d.h. sie enthält vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist, vorzugsweise mit n :A 0 und/oder m ≠ 0. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, In, Ga, N, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Die aktive Zone der Schichtenfolge 7 emittiert bei Beaufschlagung mit einem Strom beispielsweise elektromagnetische Strahlung aus dem blauen Wellenlängenbereich. Sie kann z.B. einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Der LED-Chip 1 ist mittels eines elektrisch leitenden Verbindungsmittels, z.B. ein metallisches Lot oder ein Klebstoff, mit seinem Rückseitenkontakt 2 auf einem ersten elektrischen Anschluss 4 befestigt. Der Vorderseitenkontakt 3 ist mittels eines Bonddrahts 6 mit einem zweiten Anschluss 5 verbunden.
Der erste und zweite Anschluss 4, 5 sind in ein Grundgehäuse 8 mit einer Ausnehmung eingebettet. Dabei kann das Grundgehäuse 8 vorgefertigt sein. Unter „vorgefertigt“ ist zu verstehen, dass das Grundgehäuse 8 bereits an den Anschlüssen 4, 5 beispielsweise mittels Spritzguss fertig ausgebildet ist, bevor der LED-Chip 1 auf den ersten Anschluss 4 montiert wird. Das Grundgehäuse 8 besteht beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff und die Ausnehmung ist hinsichtlich ihrer Form als Reflektor für die vom LED-Chip 1 im Betrieb ausgesandte Strahlung ausgebildet. Bevorzugt ist der Reflektor durch eine reflektierende Beschichtung der Innenwände der Ausnehmung ausgebildet.
Eine erste Konversionsschicht 9 ist direkt auf der strahlungsemittierenden Oberfläche des LED-Chips 1 aufgebracht. Diese Konversionsschicht 9 enthält bevorzugt Silikon oder eine silikonhaltige Verbindung, die mit einem Konversionselement 10, bevorzugt anorganischem Konversionselement, für weiß leuchtende Bauelemente bevorzugt Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (YAG:Ce), versetzt sind. Alternativ kann die Konversionschicht 9 eine keramische Verbindung oder einen transparenten Kunststoff, beispielsweise Epoxydharz oder Polymethylmetaacrylat enthalten, die mit einem Konversionselement 10, bevorzugt anorganischem Konversionselement, für weiß leuchtende Bauelemente bevorzugt Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ (YAG:Ce), versetzt sind.
Diese erste Konversionsschicht 9 ist von einer weiteren Konversionsschicht 13 mit darin enthaltenem Konversionselement 11, bevorzugt aus einem mit dem Konversionselement 11 versehenen Epoxidharz, besonders bevorzugt mit dem bei der ersten Konversionsschicht 9 verwendeten Konversionsmaterial, umschlossen, die die Ausnehmung zumindest teilweise ausfüllt. Dabei ist die Konzentration des Konversionselements 11 der zweiten Konversionsschicht 13 geringer als die Konzentration des Konversionselements 10 der ersten Konversionsschicht 9.
Die zweite Konversionsschicht 13 kann einen oder mehrere verschiedene Konversionselemente 11 aufweisen. Als Konversionselement sind beispielsweise anorganische Konversionselemente geeignet, wie mit seltenen Erden, insbesondere mit Ce oder Tb, dotierte Granate oder organische Konversionselemente, wie Perylen-Konversionselemente. Weitere geeignete Konversionselemente sind beispielsweise in der WO 98/12757 und in der WO 01/65613 A1 aufgeführt, deren Inhalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsmäßigen Bauelements unterscheidet sich von dem Bauelement in 1 dadurch, dass die erste Konversionsschicht 9 ganzflächig auf der strahlungsemittierenden Hauptfläche des LED-Chips 1 aufgebracht ist, wobei das Substrat des LED-Chips 1 aus einem für die vom LED-Chip im Betrieb ausgesandte Primärstrahlung transparenten Material besteht. Die Ausnehmung, in der der LED-Chip 1 angeordnet ist, weist durch eine reflektierende Beschichtung der Innenwände einen Reflektor 12 für die vom LED-Chip im Betrieb ausgesandte Primärstrahlung auf.
Bei den in den 1 und 2 dargestellten Bauelementen besteht die Möglichkeit, in Abstrahlrichtung ein strahlformendes Element nachzuordnen (nicht dargestellt). Dabei ist es von Vorteil, wenn die zweite Konversionsschicht 13 mit dem Grundgehäuse 8 abschließt. Das bedeutet, dass die zweite Konversionsschicht 13 und das Grundgehäuse 8 bevorzugt die gleiche Höhe aufweisen. Wenn die zweite Konversionsschicht 13 nicht mit dem Grundgehäuse 8 abschließt, kann der Abstand, der sich zwischen der zweiten Konversionsschicht 13 und einem strahlformenden Element ergibt, durch einen Kleber ausgeglichen werden, so dass die Konversionsschicht 13 mit dem darauf angeordneten Kleber und das Grundgehäuse 8 die gleiche Höhe aufweisen.
Durch das strahlformende Element kann die Abstrahlcharakteristik des Bauelements vorteilhaft beeinflusst werden. Beispielsweise kann dieses Element eine Linse sein.
Mit Vorteil kann bei einem solchen Bauelement eine vergleichsweise kleine Linse als strahlformendes Element verwendet werden, ohne dass merkliche Dispersionseffekte auftreten. Dies beruht darauf, dass bevorzugt die Konzentration des Konversionselements 11 in der zweiten Konversionsschicht 13 geringer ist als die Konzentration des Konversionselements 10 in der ersten Konversionsschicht 9. Durch die geringe Konzentration des Konversionselements 11 in der zweiten Konversionsschicht 13 findet eine geringe Anzahl an Streueffekten der Primär- und der Sekundärstrahlung an den Konversionselementen 11 in der zweiten Konversionsschicht 13 statt. Somit ist die Abstrahlfläche der von dem LED-Chip 1 emittierten Strahlung mit Vorteil im Wesentlichen von dem LED-Chip 1 und von der auf die Oberfläche des LED-Chips 1 aufgebrachten dünnen ersten Konversionsschicht 9 vorgegeben.
Die Ausführungsbeispiele der 1 und 2 haben den Vorteil, dass durch die auf die Oberfläche des LED-Chips aufgebrachte dünne erste Konversionsschicht 9 für die gesamte vom LED-Chip 1 ausgesandte Strahlung die Weglänge durch die erste Konversionsschicht 9 näherungsweise gleich groß ist. Die nachfolgende zweite Konversionsschicht 13 enthält eine geringe Konzentration von Konversionselementen 11, wodurch sich an dem Konversionselement 11 der zweiten Konversionsschicht 13 Streueffekte der Primär- und der Sekundärstrahlung ergeben, wobei sich eine ungerichtete Streustrahlung der Primär- und der Sekundärstrahlung in alle Raumrichtungen ergibt. Dadurch lassen sich Schwankungen des Farborts über dem Abstrahlwinkel verringern. Eine Reduzierung von Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinkel ergibt sich mit Vorteil.
Bevorzugt weist zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des zweiten Konversionselements 11 die gleiche Wellenlänge auf wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements 10. Dadurch erhöht sich der Anteil der Sekundärstrahlung im Wellenlängenbereich des Konversionselements 10 der ersten Konversionsschicht 9. Der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung ist dadurch in Richtung der Sekundärstrahlung hin verschoben.
Bei der Herstellung des Bauelements kann der Farbort der von dem LED-Chip 1 emittierten Mischstrahlung bestehend aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung, der ansonsten zu stark den Farbort der Primärstrahlung zeigen würde, durch die zweite Konversionsschicht 13 mit darin enthaltenem Konversionselement 11 so eingestellt sein, dass der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung in Richtung des Farborts der Sekundärstrahlung verschoben ist.
Ein weiterer Vorteil der oben genannten Konversionsschichtanordnung ergibt sich daraus, dass die zweite Konversionsschicht 13 ein weiteres Konversionselement 11, nämlich einen Rotleuchtstoff, enthält, so dass aus einer Weissverteilung, die im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von etwa 6000 K liegt, die Mischstrahlung einer Warmweissverteilung, die vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000 K - 2000 K liegt, erzeugbar ist.

Claims

Strahlungsemittierendes Bauelement mit - einem LED-Chip (1), der Primärstrahlung mit einer Wellenlänge λ₀ emittiert, - einer ersten Konversionsschicht (9), die auf mindestens einer Hauptfläche des LED-Chips (1) aufgebracht ist und die mindestens ein Konversionselement (10) aufweist, das zumindest einen Teil einer von dem LED-Chip (1) ausgesandten Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umwandelt, wobei die Farben der Primärstrahlung und zumindest eines Teiles der Sekundärstrahlung des Konversionselements (10) der ersten Konversionsschicht (9) derart zueinander komplementär sind, dass durch additive Farbmischung der Eindruck weißen Lichts hervorgerufen wird, - einer der ersten Konversionsschicht (9) nachgeordneten zweiten Konversionsschicht (13), die mindestens ein Konversionselement (11) aufweist, das zumindest einen Teil der von dem LED-Chip (1) ausgesandten Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umwandelt, wobei die Farben der Primärstrahlung und zumindest eines Teiles der Sekundärstrahlung des Konversionselements (11) der zweiten Konversionsschicht (13) derart zueinander komplementär sind, dass durch additive Farbmischung der Eindruck weißen Lichts hervorgerufen wird, wobei - die Konzentration des Konversionselements (11) in der zweiten Konversionsschicht (13) geringer ist als die Konzentration des Konversionselements (10) in der ersten Konversionsschicht (9), - nur die zweite Konversionsschicht (13) mindestens einen Rotleuchtstoff als weiteres Konversionselement aufweist, - sich zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des Konversionselements (10) der ersten Konversionsschicht (9), ein Teil der Sekundärstrahlung des Konversionselements (11) der zweiten Konversionsschicht (13) und ein Teil der unkonvertierten Primärstrahlung derart zu einer Mischstrahlung überlagern, dass ein Farbort der Mischstrahlung durch den Rotleuchtstoff im Farbortbereich einer Warmweißverteilung liegt, und - der LED-Chip (1) in einer Ausnehmung eines Grundgehäuses (8) angeordnet ist und die Ausnehmung zumindest teilweise von der zweiten Konversionsschicht (13) ausgefüllt ist.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Konversionsschicht (9) dünner ist als die zweite Konversionsschicht (13).
Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement einen Reflektor (12) aufweist, wobei der LED-Chip (1) und die nachgeordneten Konversionsschichten (9, 13) zumindest teilweise innerhalb des Reflektors (12) angeordnet sind.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlänge λ₀ der Primärstrahlung im blauen Spektralbereich liegt.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement einen Nitridverbindungshalbleiter oder einen Phosphidverbindungshalbleiter enthält.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der LED-Chip (1) ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Konversionsschicht (13) durch eine Vergussmasse gebildet ist, in die das Konversionselement (10) eingebettet ist.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweiten Konversionsschicht (13) ein strahlformendes Element nachgeordnet ist.
Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 8, wobei das strahlformende Element eine Linse ist.