DE102012101412A1

DE102012101412A1 - Optoelectronic semiconductor device for use as flash-unit in e.g. mobile telephone, has two chips arranged downstream of two conversion elements, respectively, where color temperature of light emitted from device is adjustable

Info

Publication number: DE102012101412A1
Application number: DE201210101412
Authority: DE
Inventors: Felix Kimme; Ulrich Streppel; Peter Brick
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-07-25

Abstract

The device (1) has two semiconductor chips (11, 12) for emitting an operation radiation in a blue spectral region with two dominant wavelengths, respectively. The two chips are arranged downstream of two conversion elements (21, 22) for partial wavelength conversion of the operation radiation with the two wavelengths and for creation of two mixed radiations i.e. cold and warm white lights, respectively. The two chips are independently energized. A color temperature of a light emitted from the device is adjustable, where the light is formed from a mixture of the mixed radiations.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.An optoelectronic semiconductor component is specified.

Die Druckschrift DE 10 2008 064 149 A1 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung. The publication DE 10 2008 064 149 A1 relates to an optoelectronic device.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine Strahlung mit einer einstellbaren Farbtemperatur und mit einem hohen Farbwiedergabeindex emittiert. An object to be achieved is to provide an optoelectronic semiconductor device which emits radiation having an adjustable color temperature and a high color rendering index.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch das optoelektronische Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved inter alia by the optoelectronic semiconductor component having the features of patent claim 1. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil einen oder mehrere erste Halbleiterchips auf. Der erste Halbleiterchip ist dazu eingerichtet, im Betrieb eine Strahlung im blauen Spektralbereich zu emittieren. Es weist der erste Halbleiterchip eine erste Dominant-Wellenlänge auf. In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component has one or more first semiconductor chips. The first semiconductor chip is set up to emit radiation in the blue spectral range during operation. The first semiconductor chip has a first dominant wavelength.

Der Begriff "blauer Spektralbereich" meint insbesondere Wellenlängen im Bereich zwischen einschließlich 420 nm und 470 nm oder zwischen einschließlich 435 nm und 465 nm. Die Dominant-Wellenlänge ist diejenige Wellenlänge, mit der das menschliche Auge das von dem Halbleiterchip emittierte Strahlungsspektrum identifiziert. Die Dominant-Wellenlänge ist insbesondere im Zusammenhang mit der CIE-Normfarbtafel definiert. Im blauen Spektralbereich liegt die Dominant-Wellenlänge für Leuchtdioden oft bei größeren Wellenlängen als eine Wellenlänge maximaler Intensität. In particular, the term "blue spectral range" means wavelengths ranging between 420 nm and 470 nm inclusive, or between 435 nm and 465 nm inclusive. The dominant wavelength is the wavelength at which the human eye identifies the radiation spectrum emitted by the semiconductor chip. The dominant wavelength is defined in particular in the context of the CIE standard color chart. In the blue spectral range, the dominant wavelength for light emitting diodes is often at longer wavelengths than a maximum intensity wavelength.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil einen oder mehrere zweite Halbleiterchips auf. Der zweite Halbleiterchip emittiert im Betrieb ebenfalls Strahlung im blauen Spektralbereich. Der zweite Halbleiterchip weist eine zweite Dominant-Wellenlänge auf. Die zweite Dominant-Wellenlänge ist bevorzugt von der ersten Dominant-Wellenlänge verschieden. Alternativ ist es möglich, dass die zweite Dominant-Wellenlänge gleich der ersten Dominant-Wellenlänge ist, zum Beispiel mit einer Toleranz von höchstens 2 nm.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component has one or more second semiconductor chips. The second semiconductor chip also emits radiation in the blue spectral range during operation. The second semiconductor chip has a second dominant wavelength. The second dominant wavelength is preferably different from the first dominant wavelength. Alternatively, it is possible that the second dominant wavelength is equal to the first dominant wavelength, for example with a tolerance of at most 2 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils handelt es sich bei den Halbleiterchips jeweils um optoelektronische Halbleiterchips, insbesondere um Leuchtdioden, kurz LEDs. Besonders bevorzugt weisen die Halbleiterchips jeweils eine Halbleiterschichtenfolge auf, die epitaktisch gewachsen ist und auf dem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial Al_nIn_1-n-mGa_mN basiert, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, Ga, In und N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor chips are in each case optoelectronic semiconductor chips, in particular light emitting diodes, in short LEDs. Particularly preferably, the semiconductor chips each have a semiconductor layer sequence which has grown epitaxially and is based on the nitride compound semiconductor material Al _n In _{1 nm} Ga _m N, where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≦ 1 is. In this case, the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, only the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor layer sequence, ie Al, Ga, In and N, are given, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist dem ersten Halbleiterchip ein erstes Konversionselement nachgeordnet. Nachgeordnet kann bedeuten, dass das Konversionselement dem Halbleiterchip entlang einer Hauptabstrahlrichtung nachfolgt. Konversionselement bedeutet, dass dieses zur teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung eingerichtet ist. Mit anderen Worten wird von dem Konversionselement mindestens ein Teil der von dem Halbleiterchip zu dem Konversionselement gelangenden Strahlung absorbiert und in eine Strahlung einer anderen, bevorzugt größeren Wellenlänge umgewandelt. Beispielsweise ist das Konversionselement auf einer Strahlungshauptseite des Halbleiterchips angebracht.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, a first conversion element is arranged downstream of the first semiconductor chip. Downstream may mean that the conversion element follows the semiconductor chip along a main emission direction. Conversion element means that this is set up for the partial or complete wavelength conversion of the radiation emitted by the semiconductor chip. In other words, the conversion element absorbs at least part of the radiation arriving from the semiconductor chip to the conversion element and converts it into radiation of another, preferably larger wavelength. For example, the conversion element is mounted on a main radiation side of the semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist dem zweiten Halbleiterchip ein zweites Konversionselement nachgeordnet. Auch das zweite Konversionselement ist zu einer teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion eingerichtet.In accordance with at least one embodiment, the second semiconductor chip is followed by a second conversion element. The second conversion element is also set up for a partial or complete wavelength conversion.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils handelt es sich bei einer von dem ersten Konversionselement, zusammen mit der Strahlung des ersten Halbleiterchips, erzeugten ersten Mischstrahlung um kaltweißes Licht. Bei einer zweiten Mischstrahlung, gebildet durch eine von dem zweiten Konversionselement erzeugte Strahlung und der Strahlung des zweiten Halbleiterchips, handelt es sich um warmweißes Licht. In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, a first mixed radiation generated by the first conversion element, together with the radiation of the first semiconductor chip, is cold-white light. A second mixed radiation, formed by a radiation generated by the second conversion element and the radiation of the second semiconductor chip, is warm white light.

Zur Definition der Begriffe korrelierte Farbtemperatur und weißes Licht wird insbesondere auf Janos Schanda, Colorimetry: Understanding the CIE System, ISBN 978-0470049044 , Seiten 67 und 68, verwiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug aufgenommen. Zwischen den Begriffen Farbtemperatur und korrelierte Farbtemperatur wird nachfolgend nicht unterschieden. Ergänzend wird auf die entsprechenden CIE-Definitionen verwiesen.In particular, Janos Schanda, Colorimetry: Understanding the CIE System, defines the terms correlated color temperature and white light. ISBN 978-0470049044 , Pages 67 and 68, referenced. The disclosure of this document is incorporated by reference. The terms color temperature and correlated color temperature are not distinguished below. In addition, reference is made to the corresponding CIE definitions.

Kaltweiß bedeutet, dass eine Farbtemperatur der zweiten Mischstrahlung größer ist als für die warmweiße erste Mischstrahlung. Beispielsweise liegt die Farbtemperatur des kaltweißen Lichts bei oberhalb 5000 K und die Farbtemperatur des warmweißen Lichts liegt bei ≤ 5000 K. Warmweiß bezeichnet insbesondere Farbtemperaturen der Strahlung zwischen einschließlich 2500 K und 4500 K. Kaltweiß bezeichnet bevorzugt Farbtemperaturen zwischen einschließlich 5000 K und 7500 K. Cold white means that a color temperature of the second mixed radiation is greater than for the warm white first mixed radiation. For example, the color temperature of the cold white light is above 5000 K and the color temperature of the warm white light is ≤ 5000 K. Warm white refers in particular to color temperatures of the radiation between 2500 K and 4500 K. Cold white preferably denotes color temperatures between 5000 K and 7500 K.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der erste Halbleiterchip unabhängig von dem zweiten Halbleiterchip bestrombar. Mit anderen Worten sind die Halbleiterchips elektrisch unabhängig voneinander betreibbar. Sind mehrere erste und zweite Halbleiterchips vorhanden, so können alle ersten und alle zweiten Halbleiterchips jeweils zu einer separat elektrisch ansteuerbaren Gruppe zusammengefasst sein.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the first semiconductor chip can be supplied with current independently of the second semiconductor chip. In other words, the semiconductor chips are electrically operated independently of each other. If a plurality of first and second semiconductor chips are present, then all first and all second semiconductor chips can each be combined to form a separately electrically controllable group.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist eine Farbtemperatur des von dem Halbleiterbauteil im bestimmungsgemäßen Gebrauch emittierten Lichts einstellbar. Die Einstellung der Farbtemperatur erfolgt insbesondere durch eine Anpassung der Bestromung der ersten und zweiten Halbleiterchips relativ zueinander. Einstellbar kann bedeuten, dass die Farbtemperatur über einen Bereich von mindestens 1000 K oder von mindestens 2000 K oder von mindestens 3000 K hinweg, beispielsweise stufenlos, durch eine Regelung der Bestromung der Halbleiterchips gezielt verändert werden kann.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, a color temperature of the light emitted by the semiconductor component in the intended use is adjustable. The color temperature is adjusted in particular by adapting the current flow of the first and second semiconductor chips relative to one another. Adjustable can mean that the color temperature over a range of at least 1000 K or at least 2000 K or at least 3000 K away, for example stepless, can be selectively changed by controlling the energization of the semiconductor chips.

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dies mindestens einen ersten Halbleiterchip, der im Betrieb Strahlung im blauen Spektralbereich bei einer ersten Dominant-Wellenlänge emittiert. Ferner beinhaltet das Halbleiterbauteil mindestens einen zweiten Halbleiterchip, der im Betrieb Strahlung im blauen Spektralbereich bei einer zweiten Dominant-Wellenlänge emittiert, wobei die zweite Dominant-Wellenlänge bevorzugt von der ersten Dominant-Wellenlänge verschieden ist. Dem ersten Halbleiterchip ist ein erstes Konversionselement zur teilweisen Wellenlängenkonversion der Strahlung der ersten Dominant-Wellenlänge und zur Erzeugung einer ersten Mischstrahlung nachgeordnet. Ferner ist dem zweiten Halbleiterchip ein zweites Konversionselement zur teilweisen Wellenlängenkonversion der Strahlung der zweiten Dominant-Wellenlänge und zur Erzeugung einer zweiten Mischstrahlung nachgeordnet. Bei der ersten Mischstrahlung handelt es sich um kaltweißes Licht und bei der zweiten Mischstrahlung um warmweißes Licht. Die ersten und zweiten Halbleiterchips sind unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Eine Farbtemperatur des von dem Halbleiterbauteil emittierten Lichts, das insbesondere aus einer Mischung aus der ersten Mischstrahlung und der zweiten Mischstrahlung gebildet ist, ist einstellbar.In at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this comprises at least one first semiconductor chip which emits radiation in the blue spectral range at a first dominant wavelength during operation. Furthermore, the semiconductor device includes at least one second semiconductor chip which in operation emits radiation in the blue spectral range at a second dominant wavelength, wherein the second dominant wavelength is preferably different from the first dominant wavelength. The first semiconductor chip is followed by a first conversion element for partial wavelength conversion of the radiation of the first dominant wavelength and for generating a first mixed radiation. Furthermore, the second semiconductor chip is followed by a second conversion element for partial wavelength conversion of the radiation of the second dominant wavelength and for generating a second mixed radiation. The first mixed radiation is cold white light and the second mixed radiation is warm white light. The first and second semiconductor chips are electrically controllable independently of each other. A color temperature of the light emitted by the semiconductor component, which is formed, in particular, from a mixture of the first mixed radiation and the second mixed radiation, is adjustable.

Zum Beispiel das farbliche Erscheinungsbild eines Objekts ist abhängig von der Beleuchtung. Maßgeblich sind neben der Intensität der Beleuchtung eine Farbtemperatur und ein Farbwiedergabeindex des Lichts, mit dem die Beleuchtung erfolgt. Bei tragbaren Bildaufnahmegeräten, beispielsweise bei Mobiltelefonen, erfolgt eine Aufnahme von Bildern oft mit Unterstützung eines Blitzlichts. Durch die Verwendung eines wie oben angegeben gestalteten Halbleiterbauteils für ein Blitzlicht ist sowohl ein hoher Farbwiedergabeindex als auch eine Einstellung der Farbtemperatur der Beleuchtung möglich. Somit sind Bilder auch im Einklang mit den äußeren Beleuchtungsbedingungen, beispielsweise einem Sonnenuntergang mit warmweißem Licht mit einer vergleichsweise kleinen Farbtemperatur als Hintergrundbeleuchtung, aufnehmbar.For example, the color appearance of an object depends on the lighting. In addition to the intensity of the lighting, a color temperature and a color rendering index of the light with which the lighting takes place are decisive. In portable imaging devices, such as mobile phones, taking pictures often takes place with the aid of a flash. By using a flash-type semiconductor device as set forth above, both a high color rendering index and an adjustment of the color temperature of the illumination are possible. Thus, images are also recordable in accordance with the external lighting conditions, for example, a sunset with warm white light having a comparatively small color temperature as the backlight.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind das erste und das zweite Konversionselement durch ein einziges, einstückiges und zusammenhängendes Konversionselement gebildet. Der Teil dieses einzigen Konversionselements, der dem ersten Halbleiterchip nachgeordnet ist, wird dann als erstes Konversionselement bezeichnet; Entsprechendes gilt für das zweite Konversionselement. Besonders bevorzugt erstreckt sich dann das gemeinsame Konversionselement in einer ungeänderten Materialzusammensetzung über den ersten sowie über den zweiten Halbleiterchip. Mit anderen Worten ist dann dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip bezüglich einer Materialzusammensetzung das gleiche Konversionselement nachgeordnet. Es können also das erste Konversionselement und das zweite Konversionselement stofflich identisch, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, zusammengesetzt sein.According to at least one embodiment of the semiconductor device, the first and the second conversion element are formed by a single, one-piece and contiguous conversion element. The part of this single conversion element downstream of the first semiconductor chip is then referred to as the first conversion element; The same applies to the second conversion element. Particularly preferably, then the common conversion element extends in an unchanged material composition on the first and on the second semiconductor chip. In other words, the same conversion element is then arranged downstream of the first semiconductor chip and the second semiconductor chip with respect to a material composition. It is therefore possible for the first conversion element and the second conversion element to be identical in terms of material, within the scope of the manufacturing tolerances.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils handelt es sich bei dem ersten und dem zweiten Konversionselement um separate, voneinander unabhängige Bauteile. Beispielsweise ist das erste Konversionselement dann unabhängig von dem zweiten Konversionselement herstellbar. Bevorzugt weisen dann das erste Konversionselement und das zweite Konversionselement voneinander verschiedene Materialzusammensetzungen, insbesondere hinsichtlich der verwendeten Leuchtstoffe, auf. In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the first and the second conversion element are separate, mutually independent components. For example, the first conversion element can then be produced independently of the second conversion element. Preferably, the first conversion element and the second conversion element then have mutually different material compositions, in particular with regard to the phosphors used.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfassen das erste und/oder das zweite Konversionselement zwei oder mehr als zwei verschiedene Leuchtstoffe. Im Englischen werden Leuchtstoffe auch mit dem Begriff Phosphor bezeichnet.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the first and / or the second conversion element comprise two or more than two different phosphors. In English, phosphors are also referred to by the term phosphor.

Die Leuchtstoffe sind zum Beispiel aus den folgenden Materialklassen ausgewählt: Seltenerden-dotierter Granat wie YAG:Ce, Seltenerden-dotiertes Orthosilikat wie (Ba, Sr)₂SiO₄:Eu, Seltenerden-dotiertes Siliziumoxinitrid oder Siliziumnitrid wie (Ba, Sr)₂Si₅N₈:Eu auf. Die Leuchtstoffe können als Partikel vorliegen, die in ein Matrixmaterial eingebettet sind. Ein mittlerer Durchmesser der Partikel liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 2 µm und 20 µm, insbesondere zwischen einschließlich 3 µm und 15 µm. Ein Gewichtsanteil der Partikel an dem Konversionselement liegt insbesondere zwischen einschließlich 5 Gewichtsprozent und 80 Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen einschließlich 35 Gewichtsprozent und 65 Gewichtsprozent.The phosphors are selected, for example, from the following classes of materials: rare earth doped garnet such as YAG: Ce, rare earth doped orthosilicate such as (Ba, Sr) ₂ SiO ₄ : Eu, rare earth doped silicon oxynitride or silicon nitride such as (Ba, Sr) ₂ Si ₅ N ₈ : Eu up. The phosphors can as Particles are present, which are embedded in a matrix material. An average diameter of the particles is, for example, between 2 μm and 20 μm inclusive, in particular between 3 μm and 15 μm inclusive. A weight proportion of the particles on the conversion element is in particular between 5% by weight and 80% by weight, preferably between 35% by weight and 65% by weight.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst das erste und/oder das zweite Konversionselement genau einen einzigen Leuchtstoff. Es liegt dann in den Konversionselementen oder in einem der Konversionselemente keine Mischung verschiedener Leuchtstoffen vor. According to at least one embodiment of the semiconductor device, the first and / or the second conversion element comprises exactly one single phosphor. There is then no mixture of different phosphors in the conversion elements or in one of the conversion elements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils unterscheiden sich die erste Dominant-Wellenlänge und die zweite Dominant-Wellenlänge um mindestens 7,5 nm oder um mindestens 10 nm oder um mindestens 12,5 nm voneinander. According to at least one embodiment of the semiconductor device, the first dominant wavelength and the second dominant wavelength differ by at least 7.5 nm or at least 10 nm or at least 12.5 nm from each other.

Beispielsweise weist die erste Dominant-Wellenlänge eine kleinere Wellenlänge auf als die zweite Dominant-Wellenlänge oder umgekehrt. Alternativ oder zusätzlich unterscheiden sich die Dominant-Wellenlängen um höchstens 25 nm oder um höchstens 20 nm oder um höchstens 15 nm voneinander.For example, the first dominant wavelength has a smaller wavelength than the second dominant wavelength or vice versa. Alternatively or additionally, the dominant wavelengths differ by at most 25 nm or at most 20 nm or at most 15 nm from each other.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind die ersten und die zweiten Halbleiterchips jeweils nicht separat gehaust. Beispielsweise sind die Halbleiterchips dann in einem gemeinsamen Bauteilgehäuse untergebracht. Zwischen benachbarten Halbleiterchips befindet sich kein strahlungsundurchlässiges Material. Mit anderen Worten ist es möglich, dass zwischen den Halbleiterchips eine gerade Sichtlinie besteht. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the first and the second semiconductor chips are not each housed separately. For example, the semiconductor chips are then accommodated in a common component housing. There is no radiopaque material between adjacent semiconductor chips. In other words, it is possible that there is a straight line of sight between the semiconductor chips.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt ein Abstand zwischen den benachbarten Halbleiterchips höchstens ein doppeltes oder höchstens ein 0,5-Faches einer längsten Diagonale einer Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterchips. Weisen die Halbleiterchips beispielsweise eine Strahlungsaustrittsfläche von 1 mm × 1 mm auf, so beträgt der Abstand zwischen den Halbleiterchips dann höchstens ungefähr 2,8 mm. According to at least one embodiment of the semiconductor device, a distance between the adjacent semiconductor chips is at most a double or at most a 0.5-fold of a longest diagonal of a radiation exit surface of the semiconductor chips. For example, if the semiconductor chips have a radiation exit area of 1 mm × 1 mm, then the distance between the semiconductor chips is at most approximately 2.8 mm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Rastermaß der Anordnung der Halbleiterchips zwischen einschließlich 1 mm und 10 mm, insbesondere zwischen einschließlich 1,5 mm und 5 mm. Das Rastermaß bezieht sich auf einen Abstand von Mittelpunkten benachbarter Halbleiterchips. Bevorzugt weisen die Halbleiterchips hierbei Kantenlängen zwischen einschließlich 0,5 mm und 3 mm auf.In accordance with at least one embodiment, a grid dimension of the arrangement of the semiconductor chips lies between 1 mm and 10 mm inclusive, in particular between 1.5 mm and 5 mm inclusive. The pitch refers to a distance of centers of adjacent semiconductor chips. In this case, the semiconductor chips preferably have edge lengths of between 0.5 mm and 3 mm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses einen oder mehrere weitere Halbleiterchips, die in einem von dem ersten und dem zweiten Halbleiterchip verschiedenen Spektralbereich emittieren. Insbesondere weist das Halbleiterbauteil einen oder mehrere im gelben, orangen und/oder roten Spektralbereich emittierende dritte Halbleiterchips auf, englisch auch als amber bezeichnet. Dies kann bedeuten, dass eine Dominant-Wellenlänge der von dem dritten Halbleiterchip emittierten Strahlung zwischen einschließlich 570 nm und 650 nm oder zwischen einschließlich 600 nm und 625 nm liegt.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the latter comprises one or more further semiconductor chips which emit in a spectral range which differs from the first and the second semiconductor chip. In particular, the semiconductor component has one or more third semiconductor chips emitting in the yellow, orange and / or red spectral range, also referred to as amber in English. This may mean that a dominant wavelength of the radiation emitted by the third semiconductor chip is between 570 nm and 650 nm inclusive, or between 600 nm and 625 nm inclusive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt eine radiometrische Leistung des dritten Halbleiterchips im bestimmungsgemäßen Gebrauch höchstens 15 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % der radiometrischen Leistung des ersten Halbleiterchips und/oder höchstens 15 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % der radiometrischen Leistung des zweiten Halbleiterchips, im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils.According to at least one embodiment of the semiconductor device, a radiometric power of the third semiconductor chip in normal use is at most 15% or at most 10% or at most 5% of the radiometric power of the first semiconductor chip and / or at most 15% or at most 10% or at most 5% of the radiometric power of the second semiconductor chip, in the intended use of the semiconductor device.

Unter radiometrischer Leistung wird insbesondere die von dem entsprechenden Halbleiterchip emittierte optische Leistung, gemessen in mW, verstanden. Mit anderen Worten ist eine Strahlungsleistung des dritten Halbleiterchips, im Vergleich zu den Strahlungsleistungen des ersten und zweiten Halbleiterchips, vergleichsweise gering. Bevorzugt handelt es sich bei dem dritten Halbleiterchip lediglich um eine Betriebsanzeigeleuchte oder um eine Statusleuchte. Der dritte Halbleiterchip wird somit bevorzugt nicht zu einer Beleuchtung des zu beleuchtenden Objekts herangezogen. Mit anderen Worten ist es möglich, dass der dritte Halbleiterchip zur Steigerung eines Farbwiedergabeindexes oder zum Einstellen einer Farbtemperatur der von dem Halbleiterbauteil emittierten Strahlung nicht herangezogen wird.By radiometric power, in particular the optical power emitted by the corresponding semiconductor chip, measured in mW, is understood. In other words, a radiant power of the third semiconductor chip is comparatively small compared to the radiant powers of the first and second semiconductor chips. Preferably, the third semiconductor chip is merely an operation indicator light or a status light. The third semiconductor chip is thus preferably not used to illuminate the object to be illuminated. In other words, it is possible that the third semiconductor chip is not used for increasing a color rendering index or for adjusting a color temperature of the radiation emitted by the semiconductor device.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der dritte Halbleiterchip vollständig oder teilweise von dem Konversionselement überdeckt, in Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsseiten der Halbleiterchips und/oder in Draufsicht auf einen Träger des Halbleiterbauteils gesehen. Hierdurch ist ein einheitliches Erscheinungsbild des Halbleiterbauteils in ausgeschaltetem Zustand erzielbar. Das Konversionselement hat auf die von dem dritten Halbleiterchip erzeugte Strahlung bevorzugt keinen oder nur vernachlässigbaren Einfluss. Es wird von dem Konversionselement keine vom dritten Halbleiterchip emittierte Strahlung in Licht einer anderen Wellenlänge umgewandelt.According to at least one embodiment of the semiconductor device, the third semiconductor chip is completely or partially covered by the conversion element, seen in plan view of the radiation exit sides of the semiconductor chips and / or in plan view of a carrier of the semiconductor device. As a result, a uniform appearance of the semiconductor device in the off state can be achieved. The conversion element preferably has no or only negligible influence on the radiation generated by the third semiconductor chip. No radiation emitted by the third semiconductor chip is converted by the conversion element into light of a different wavelength.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind alle Halbleiterchips entlang einer geraden Linie angeordnet, insbesondere in Draufsicht auf die Halbleiterchips gesehen. Beispielsweise befindet sich der dritte Halbleiterchip, der im roten Spektralbereich emittiert, zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor device, all semiconductor chips are arranged along a straight line, in particular seen in plan view of the semiconductor chips. By way of example, the third semiconductor chip, which emits in the red spectral range, is located between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist das Konversionselement über dem ersten Halbleiterchip eine andere Dicke auf als über dem zweiten Halbleiterchip. Den Halbleiterchips ist dann das Konversionselement mit verschiedenen Dicken entlang der Hauptabstrahlrichtungen nachgeordnet.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the conversion element has a different thickness over the first semiconductor chip than over the second semiconductor chip. The semiconductor chip is then followed by the conversion element with different thicknesses along the main emission directions.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils unterscheiden sich die Dicken des Konversionselements über den Halbleiterchips um mindestens einen Faktor 1,1 oder um mindestens einen Faktor 1,25 oder um mindestens einen Faktor 1,4. Alternativ oder zusätzlich unterscheiden sich die Dicken um höchsten einen Faktor 1,6 oder um höchstens einen Faktor 2. According to at least one embodiment of the semiconductor device, the thicknesses of the conversion element over the semiconductor chips differ by at least a factor of 1.1 or by at least a factor of 1.25 or by at least a factor of 1.4. Alternatively or additionally, the thicknesses differ by a maximum of a factor of 1.6 or by at most a factor of 2.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement durchgehend oder stellenweise eine geometrische Dicke D und eine Leuchtstoffkonzentration C derart auf, dass für einen Parameter P = DC gilt: 5 µm ≤ P oder 15 µm ≤ P und/oder P ≤ 100 µm oder P ≤ 50 µm. Die Dicke D wird hierbei in µm und die Leuchtstoffkonzentration C in Gewichtsprozent angegeben. Bevorzugt wird die Dicke D entlang der Hauptabstrahlrichtung, somit insbesondere in Richtung senkrecht zu mindestens einer der Strahlungshauptseiten der Halbleiterchips, bestimmt. Weist beispielsweise das Konversionselement eine Dicke von 55 µm auf und liegt die Leuchtstoffkonzentration bei 45 Gewichtsprozent, so gilt P = 24,75 µm.According to at least one embodiment, the conversion element has a geometric thickness D and a phosphor concentration C throughout or in places such that for a parameter P = DC: 5 μm ≦ P or 15 μm ≦ P and / or P ≦ 100 μm or P ≦ 50 microns. The thickness D is given here in microns and the phosphor concentration C in percent by weight. The thickness D is preferably determined along the main emission direction, thus in particular in the direction perpendicular to at least one of the main radiation sides of the semiconductor chips. If, for example, the conversion element has a thickness of 55 μm and the phosphor concentration is 45% by weight, then P = 24.75 μm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterbauteil um ein Blitzlicht. Beispielsweise ist das Halbleiterbauteil als Blitzlicht für ein mobiles, tragbares Bildaufnahmegerät und/oder Videoaufnahmegerät wie ein Mobiltelefon, einen Fotoapparat oder einen tragbaren Rechner gestaltet.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor component is a flashlight. For example, the semiconductor device is configured as a flashlight for a mobile portable image capture device and / or video capture device such as a mobile phone, a camera or a portable computer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, einen Betriebsstrom des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Halbleiterchips zu regeln. According to at least one embodiment of the semiconductor device, this comprises a control unit. The control unit is set up to regulate an operating current of the first and / or the second and / or the third semiconductor chip.

Insbesondere ist mittels der Steuereinheit die Farbtemperatur des von dem Halbleiterbauteil emittierten Lichts gezielt einstellbar. Es ist möglich, dass die Steuereinheit auf Fotosensoren Zugriff hat, um den Farbort und die Farbtemperatur des von dem Halbleiterbauteil emittierten Lichts mit einem Umgebungslicht abzugleichen und hierauf einzustellen. In particular, the color temperature of the light emitted by the semiconductor component can be selectively adjusted by means of the control unit. It is possible for the control unit to have access to photosensors for matching and adjusting the color location and the color temperature of the light emitted by the semiconductor component with an ambient light.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den Betriebsstrom des Halbleiterbauteils auf höchstens 85 % oder auf höchstens 75 % oder auf höchstens 65 % einer Summe von bestimmungsgemäßen Maximalströmen der Halbleiterchips zu begrenzen. Mit anderen Worten werden dann nicht alle Halbleiterchips zeitgleich mit dem jeweiligen Maximalstrom betrieben. Liegt beispielsweise der bestimmungsgemäße Maximalstrom von jedem der Halbleiterchips bei 150 mA und sind insgesamt zwei der Halbleiterchips vorhanden, so regelt die Steuereinheit den Betriebsstrom zum Beispiel auf höchstens 75 % der Summe der Maximalströme; das Halbleiterbauteil wird dann also mit höchstens 225 mA betrieben, anstatt mit maximal 300 mA. Insbesondere ist hierdurch eine thermische Verlustleistung pro mW emittierter Strahlung herabsetzbar.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the control unit is set up to limit the operating current of the semiconductor component to at most 85% or at most 75% or at most 65% of a sum of intended maximum currents of the semiconductor chips. In other words, not all semiconductor chips are then operated simultaneously with the respective maximum current. For example, if the intended maximum current of each of the semiconductor chips at 150 mA and two total of the semiconductor chips are present, the control unit controls the operating current, for example, at most 75% of the sum of the maximum currents; The semiconductor component is then operated with at most 225 mA, instead of a maximum of 300 mA. In particular, this makes it possible to reduce a thermal power loss per mW of emitted radiation.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Hereinafter, an optoelectronic semiconductor device described here will be explained in more detail with reference to the drawings based on embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements can be shown exaggerated for better understanding.

Es zeigen:Show it:

1 und 3 Darstellungen von Spektren von emittierter Strahlung von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, 1 and 3 Representations of spectra of emitted radiation of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein,

2, 4, 5 und 10 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, 2 . 4 . 5 and 10 schematic sectional views of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein,

6 und 8 schematische Darstellungen von optischen Eigenschaften von optoelektronischen Halbleiterkomponenten, und 6 and 8th schematic representations of optical properties of optoelectronic semiconductor components, and

7 und 9 schematische Schnittdarstellungen von optoelektronischen Halbleiterkomponenten. 7 and 9 schematic sectional views of optoelectronic semiconductor components.

In 1 sind Spektren des von Ausführungsbeispielen von optoelektronischen Halbleiterbauteilen 1 emittierten Lichts dargestellt. In 1 ist die Wellenlänge λ in Nanometern gegenüber der Intensität I in willkürlichen Einheiten, a.u., aufgetragen. Die Halbleiterbauteile 1 sind aufgebaut, insbesondere wie in Verbindung mit 2 näher angegeben. In 1 are spectra of embodiments of optoelectronic semiconductor devices 1 emitted light. In 1 the wavelength λ in nanometers is plotted against the intensity I in arbitrary units, au. The semiconductor components 1 are constructed, in particular as in connection with 2 specified.

Das Halbleiterbauteil 1, vergleiche beispielsweise 2A, weist einen ersten Halbleiterchip 11 und einen zweiten Halbleiterchip 12 auf. Dem ersten Halbleiterchip 11 ist entlang einer Hauptabstrahlrichtung auf einer Strahlungshauptseite ein erstes Konversionselement 21 und dem zweiten Halbleiterchip 12 ein zweites Konversionselement 22 nachgeordnet. Die Konversionselemente 21, 22 wandeln einen Teil der jeweils von den Halbleiterchips 11, 12 emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge um. The semiconductor device 1 , compare for example 2A has a first semiconductor chip 11 and a second semiconductor chip 12 on. the first semiconductor chip 11 along a main emission direction on a main radiation side is a first conversion element 21 and the second semiconductor chip 12 a second conversion element 22 downstream. The conversion elements 21 . 22 convert a part of each of the semiconductor chips 11 . 12 emitted radiation in a radiation of a different wavelength.

In 1 ist zu sehen, dass der erste Halbleiterchip 11 eine Strahlung mit einer Dominant-Wellenlänge λ1 emittiert und der zweite Halbleiterchip 12 eine Strahlung mit einer Dominant-Wellenlänge λ2, siehe die Kurven a, b in 1. Die Dominant-Wellenlängen λ1, λ2 liegen jeweils an einer langwelligeren Flanke des emittierten Spektrums.In 1 it can be seen that the first semiconductor chip 11 emits a radiation having a dominant wavelength λ1 and the second semiconductor chip 12 a radiation with a dominant wavelength λ2, see the curves a, b in 1 , The dominant wavelengths λ1, λ2 each lie on a longer-wavelength edge of the emitted spectrum.

Das mit a gekennzeichnete Spektrum weist eine korrelierte Farbtemperatur von zirka 7500 K auf. Die korrelierte Farbtemperatur des mit b gekennzeichneten Spektrums liegt bei ungefähr 3500 K. Das resultierende Gesamtspektrum ist mit c gekennzeichnet und ist die Summe der Spektren a, b. Durch eine unterschiedliche Bestromung der Halbleiterchips 11, 12 lässt sich das Gesamtspektrum, Kurve c, verändern. Die Farbtemperatur ist somit zwischen 3500 K und 7500 K einstellbar. Der Farbwiedergabeindex, kurz CRI oder Color Rendering Index, liegt jeweils bei über 90.The spectrum marked a has a correlated color temperature of approximately 7500 K. The correlated color temperature of the spectrum marked b is approximately 3500 K. The resulting total spectrum is denoted by c and is the sum of the spectra a, b. By a different energization of the semiconductor chips 11 . 12 the whole spectrum, curve c, can be changed. The color temperature is thus adjustable between 3500 K and 7500 K. The color rendering index, CRI for short or Color Rendering Index, is over 90 in each case.

Beim Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gemäß 2A sind die beiden Halbleiterchips 11, 12 samt den dazugehörigen Konversionselementen 21, 22 in einem gemeinsamen Bauteilgehäuse 3 angeordnet. Die Konversionselemente 21, 22 weisen jeweils zwei verschiedene Leuchtstoffe auf. Die Konversionselemente 21, 22 unterscheiden sich entweder in den Leuchtstoffen selbst oder alternativ oder zusätzlich in den relativen Konzentrationen der verwendeten Leuchtstoffe zueinander. Zwischen den benachbarten Halbleiterchips 11, 12 befindet sich kein strahlungsundurchlässiges Material in dem Bauteilgehäuse 3.In the embodiment of the optoelectronic semiconductor device 1 according to 2A are the two semiconductor chips 11 . 12 including the associated conversion elements 21 . 22 in a common component housing 3 arranged. The conversion elements 21 . 22 each have two different phosphors. The conversion elements 21 . 22 differ either in the phosphors themselves or alternatively or additionally in the relative concentrations of the phosphors used to each other. Between the adjacent semiconductor chips 11 . 12 There is no radiopaque material in the component housing 3 ,

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2B sind die Halbleiterchips 11, 12 in zwei separaten Gehäusen 31, 32 eingebracht. Die Gehäuse 31, 32 befinden sich auf einem gemeinsamen Träger 5 und sind durch strahlungsundurchlässiges, bevorzugt reflektierendes Material gebildet.According to the embodiment 2 B are the semiconductor chips 11 . 12 in two separate housings 31 . 32 brought in. The housing 31 . 32 are on a common carrier 5 and are formed by radiopaque, preferably reflective material.

Gemäß 2C weist das Halbleiterbauteil 1 zusätzlich einen im roten Spektralbereich emittierenden dritten Halbleiterchip 13 auf. Ein solcher dritter Halbleiterchip 13 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen des Halbleiterbauteils 1 vorhanden sein. Ferner ist auf dem gemeinsamen Träger optional eine Steuereinheit 4 angebracht. Über die Steuereinheit 4 ist insbesondere der erste Halbleiterchip 11 unabhängig von dem zweiten Halbleiterchip 12 ansteuerbar. Zur Ansteuerung ist es möglich, dass die Steuereinheit 4 mit einem nicht gezeichneten Fotosensor etwa für Außenlicht verbunden ist. According to 2C has the semiconductor device 1 additionally a third semiconductor chip emitting in the red spectral range 13 on. Such a third semiconductor chip 13 can also in all other embodiments of the semiconductor device 1 to be available. Further, on the common carrier optionally a control unit 4 appropriate. About the control unit 4 is in particular the first semiconductor chip 11 independent of the second semiconductor chip 12 controllable. To control it is possible that the control unit 4 is connected to a non-drawn photosensor for outdoor light.

Ein Bauteilgehäuse 3 weist jeweils einen bestimmten thermischen Widerstand auf. Dieser thermische Widerstand gibt eine maximale thermische Verlustleistung vor, mit der die Halbleiterchips 11, 12 betreibbar sind. Über die Steuereinheit 4 ist es möglich, die Halbleiterchips 11, 12 so zu betreiben, dass diese nie mit einem Maximalstrom bestromt werden, sondern die Summe der Ströme der Halbleiterchips 11, 12 auf einen bestimmten Wert begrenzt ist. Aufgrund einer Abnahme der Effizienz der Halbleiterchips 11, 12 mit zunehmendem Betriebsstrom ist hierdurch eine insgesamt höhere Leuchtstärke möglich. Lässt sich zum Beispiel ein einzelner Halbleiterchip mit einem Maximalstrom von 1 A betreiben, so lassen sich bei gleicher thermischer Verlustleistung beide Chips etwa mit je 600 mA betreiben. A component housing 3 each has a certain thermal resistance. This thermal resistance provides a maximum thermal power dissipation with which the semiconductor chips 11 . 12 are operable. About the control unit 4 is it possible to use the semiconductor chips 11 . 12 operate so that they are never energized with a maximum current, but the sum of the currents of the semiconductor chips 11 . 12 is limited to a certain value. Due to a decrease in the efficiency of the semiconductor chips 11 . 12 As the operating current increases, a higher overall luminous intensity is possible as a result. If, for example, a single semiconductor chip can be operated with a maximum current of 1 A, both chips can be operated with approximately 600 mA each with the same thermal power loss.

Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Halbleiterchips 11, 12, 13 in einen Vergusskörper 6 eingebettet sind. Beispielsweise ist der Vergusskörper 6 durch ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial gebildet. Abweichend von der Darstellung gemäß 2C kann auch die Steuereinheit 4 in den Vergusskörper 6 eingebettet sein oder nur der erste Halbleiterchip 11 und der zweite Halbleiterchip 12 und nicht der dritte Halbleiterchip 13. Bevorzugt ist der Vergusskörper 6 linsenförmig, beispielsweise in Form einer Sammellinse, gestaltet. As in all other embodiments, it is possible that the semiconductor chips 11 . 12 . 13 in a potting body 6 are embedded. For example, the potting body 6 formed by a silicone or a silicone-epoxy hybrid material. Deviating from the illustration according to 2C can also control the unit 4 in the potting body 6 embedded or only the first semiconductor chip 11 and the second semiconductor chip 12 and not the third semiconductor chip 13 , The potting body is preferred 6 lenticular, for example in the form of a condenser lens designed.

Anders als in 2C gezeigt ist es auch möglich, dass jedem der Halbleiterchips 11, 12, 13 eine separate Optik, beispielsweise in Form einer Linse, nachgeordnet ist. Optional können dem Vergusskörper weitere Bestandteile beigegeben sein, beispielsweise Partikel zu einer Lichtstreuung oder einer Filterung, um etwa einen ultravioletten Strahlungsanteil am Austreten aus dem Halbleiterbauteil 1 zu hindern. Unlike in 2C It is also possible for each of the semiconductor chips to be shown 11 . 12 . 13 a separate optics, for example in the form of a lens, is arranged downstream. Optionally, further components may be added to the potting body, for example particles for light scattering or filtering, for example an ultraviolet radiation fraction at the exit from the semiconductor component 1 to prevent.

Bei dem ersten und dem zweiten Halbleiterchip 11, 12 handelt es sich auf InGaN-basierende Leuchtdioden. Der dritte Halbleiterchip 13 basiert bevorzugt auf InGaAlP. Das von dem dritten Halbleiterchip 13 emittierte Spektrum ist in den 1 und 3 jeweils nicht eingezeichnet, da der dritte Halbleiterchips 13 nur eine vernachlässigbare radiometrische Leistung im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils 1 emittiert. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der mindestens eine dritte Halbleiterchip 13 dazu benützt wird, die Farbtemperatur und/oder den Farbwiedergabeindex der von dem Halbleiterbauteil 1 emittierten Strahlung einzustellen.In the first and the second semiconductor chip 11 . 12 are InGaN-based LEDs. The third semiconductor chip 13 is preferably based on InGaAlP. That of the third semiconductor chip 13 emitted spectrum is in the 1 and 3 each not shown, since the third semiconductor chip 13 only a negligible radiometric performance in normal operation of the semiconductor device 1 emitted. Alternatively, it is also possible that the at least one third semiconductor chip 13 is used, the color temperature and / or the color rendering index of the semiconductor device 1 set emitted radiation.

Abweichend von der Darstellung gemäß 1 ist es möglich, dass die Konversionselemente 21, 22 nur einen Leuchtstoff aufweisen oder dass nur eines der Konversionselemente 21, 22 zwei verschiedene Leuchtstoffe umfasst. Zum Beispiel ist dem ersten Halbleiterchip 11 ein Leuchtstoff mit einem Emissionsmaximum im gelben Spektralbereich zugeordnet. Dieser Leuchtstoff kann eine spektrale Halbwertsbreite, kurz FWHM, zwischen einschließlich 100 nm und 150 nm, aufweisen. Die Wellenlänge maximaler Emission dieses Leuchtstoffs liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 540 nm und 570 nm, insbesondere zwischen einschließlich 545 nm und 560 nm.Deviating from the illustration according to 1 is it possible for the conversion elements 21 . 22 just have a phosphor or that only one of the conversion elements 21 . 22 comprises two different phosphors. For example, the first semiconductor chip 11 a phosphor associated with an emission maximum in the yellow spectral range. This phosphor can have a spectral half-width, in short FWHM, between 100 nm and 150 nm inclusive. The maximum emission wavelength of this phosphor is, for example, between 540 nm and 570 nm inclusive, in particular between 545 nm and 560 nm inclusive.

Das zweite Konversionselement 22 weist dann bevorzugt zwei verschiedene Leuchtstoffe auf. Bei einem ersten Leuchtstoff kann es sich um einen grün emittierenden Leuchtstoff handeln mit einer maximalen Emission insbesondere zwischen einschließlich 510 nm und 550 nm oder zwischen einschließlich 520 nm und 545 nm. Eine spektrale Breite dieses grünen Leuchtstoffs liegt bevorzugt zwischen einschließlich 60 nm und 110 nm. Es weist das zweite Konversionselement 22 zusätzlich einen im roten Spektralbereich emittierenden zweiten Leuchtstoff auf, zum Beispiel mit einer Wellenlänge maximaler Intensität zwischen einschließlich 605 nm und 660 nm oder zwischen einschließlich 610 nm und 650 nm. Eine spektrale Breite dieses Leuchtstoffs liegt etwa zwischen einschließlich 70 nm und 110 nm.The second conversion element 22 then preferably has two different phosphors. A first phosphor may be a green emitting phosphor having a maximum emission especially between 510 nm and 550 nm inclusive, or between 520 nm and 545 nm inclusive. A spectral width of this green phosphor is preferably between 60 nm and 110 nm inclusive. It has the second conversion element 22 additionally a second phosphor emitting in the red spectral region, for example with a maximum intensity wavelength between 605 nm and 660 nm inclusive or between 610 nm and 650 nm inclusive. A spectral width of this phosphor is approximately between 70 nm and 110 nm inclusive.

In 3 sind Emissionsspektren a, b eines weiteren Ausführungsbeispiels des Halbleiterbauteils 1 illustriert. Beide Spektren a, b entsprechen weißem Licht. Eine Farbtemperatur des Spektrums a liegt im kaltweißen Bereich bei einer Farbtemperatur von zirka 4800 K. Das Spektrum b liegt im warmweißen Bereich mit einer Farbtemperatur von ungefähr 7000 K. Die dominanten Wellenlängen λ1, λ2 liegen bei ungefähr 440 nm und 460 nm. In 3 are emission spectra a, b of a further embodiment of the semiconductor device 1 illustrated. Both spectra a, b correspond to white light. A color temperature of the spectrum a is in the cold white range at a color temperature of approximately 4800 K. The spectrum b is in the warm white range with a color temperature of approximately 7000 K. The dominant wavelengths λ1, λ2 are approximately 440 nm and 460 nm.

Die Halbleiterbauteile 1, mit denen die Spektren gemäß 3 erzeugt sind, sind insbesondere im Zusammenhang mit den 4 und 5 näher beschrieben. Gemäß 4A ist den Halbleiterchips 11, 12 ein einziges Konversionselement 2 nachgeordnet, das sich in ungeänderter Zusammensetzung über die beiden Halbleiterchips 11, 12 erstreckt. Bevorzugt weist das Konversionselement 2 genau zwei oder mehr als zwei verschiedene Leuchtstoffe auf. Die Leuchtstoffe können Eigenschaften aufweisen, wie in Verbindung mit 2 zu dem zweiten Konversionselement 22 näher erläutert. The semiconductor components 1 with which the spectra according to 3 are generated in particular in connection with the 4 and 5 described in more detail. According to 4A is the semiconductor chips 11 . 12 a single conversion element 2 downstream, which is in unchanged composition on the two semiconductor chips 11 . 12 extends. Preferably, the conversion element 2 exactly two or more than two different phosphors. The phosphors may have properties as associated with 2 to the second conversion element 22 explained in more detail.

Ein Farbwiedergabeindex der Spektren ist über einen gesamten Durchstimmbereich der Farbtemperatur hinweg hoch. Beim Spektrum gemäß der Kurve a wird im Wesentlichen nur der erste Halbleiterchip 11 betrieben, beim Spektrum gemäß der Kurve b im Wesentlichen nur der zweite Halbleiterchip 12. Durch das unterschiedliche Bestromen der Halbleiterchips 11, 12 ist also die Farbtemperatur einstellbar. Unterschiedliches Bestromen bezieht sich insbesondere auf einen zeitlich gemittelten Strom. So können die Halbleiterchips 11, 12 mit Impulsweitenmodulation angesteuert sein.A color rendering index of the spectra is high throughout an entire color temperature tuning range. In the spectrum according to the curve a, essentially only the first semiconductor chip is used 11 operated in the spectrum according to the curve b substantially only the second semiconductor chip 12 , Due to the different energizing of the semiconductor chips 11 . 12 So is the color temperature adjustable. Different energizing refers in particular to a time averaged current. So can the semiconductor chips 11 . 12 be driven with pulse width modulation.

Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, können die Halbleiterchips 11, 12 sowie das Konversionselement 2 von dem Verguss 6 umgeben sein, der zusammen mit dem Träger 3 ein gemeinsames Gehäuse der Halbleiterchips 11, 12 darstellen kann.Optionally, as in all other embodiments, the semiconductor chips 11 . 12 as well as the conversion element 2 from the casting 6 be surrounded, together with the carrier 3 a common housing of the semiconductor chips 11 . 12 can represent.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4B ist zwischen dem ersten Halbleiterchip 11 und dem zweiten Halbleiterchip 12 der dritte Halbleiterchip 13, der im roten Spektralbereich emittiert, angebracht. Alle Halbleiterchips 11, 12, 13 sind von dem gemeinsamen Konversionselement 2 überdeckt. Das Konversionselement 2 hat auf die Strahlung des dritten Halbleiterchips 13 im Wesentlichen keinen Einfluss. Eine Intensität der Strahlung des dritten Halbleiterchips 13 ist, im Vergleich zu der von den Halbleiterchips 11, 12 emittierten Intensität, vernachlässigbar. Alle Halbleiterchips 11, 12, 13 sind, wie bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, entlang einer geraden Linie angeordnet. Hierdurch ist ein Erzeugen von Bildern in einem Seitenverhältnis von 4:3 oder 16:9 mit einer homogenen Beleuchtung durch das Halbleiterbauteil 1 einfacher realisierbar. According to the embodiment 4B is between the first semiconductor chip 11 and the second semiconductor chip 12 the third semiconductor chip 13 , which emits in the red spectral region, attached. All semiconductor chips 11 . 12 . 13 are of the common conversion element 2 covered. The conversion element 2 has on the radiation of the third semiconductor chip 13 essentially no influence. An intensity of the radiation of the third semiconductor chip 13 is, compared to that of the semiconductor chips 11 . 12 emitted intensity, negligible. All semiconductor chips 11 . 12 . 13 are, as preferred in all other embodiments, arranged along a straight line. This produces 4: 3 or 16: 9 aspect ratio images with homogeneous illumination through the semiconductor device 1 easier to realize.

Gemäß 4C ist das Konversionselement 2 als Volumenverguss gestaltet. Es umgibt das vergleichsweise dick aufgebrachte Konversionselement 2 die beiden Halbleiterchips 11, 12 jeweils ringsum.According to 4C is the conversion element 2 designed as Volumenverguss. It surrounds the comparatively thick applied conversion element 2 the two semiconductor chips 11 . 12 each around.

Die Halbleiterbauteile 1 gemäß der 5A bis 5C weisen ein gemeinsames Konversionselement 2 auf, das sich zusammenhängend über mindestens den ersten und den zweiten Halbleiterchip 12 erstreckt. Über den Halbleiterchips 11, 12 weist das Konversionselement 2 unterschiedliche Dicken auf. Eine größere Dicke kann entweder über dem Halbleiterchip 11 oder über dem zweiten Halbleiterchip 12 vorliegen. The semiconductor components 1 according to the 5A to 5C have a common conversion element 2 contiguous over at least the first and second semiconductor chips 12 extends. About the semiconductor chips 11 . 12 has the conversion element 2 different thicknesses. A larger thickness can either over the semiconductor chip 11 or over the second semiconductor chip 12 available.

Gemäß 5A ist zwischen dem Träger 3 und dem ersten Halbleiterchip 11 ein Podest 7 angebracht. Da das Konversionselement 2, bezogen auf den Träger 3, eine konstante maximale Höhe aufweist, ist über das Podest 7 die Dicke des Konversionselements 2 einstellbar. According to 5A is between the carrier 3 and the first semiconductor chip 11 a pedestal 7 appropriate. Because the conversion element 2 , based on the carrier 3 , which has a constant maximum height, is over the podium 7 the thickness of the conversion element 2 adjustable.

In der Ausführungsform gemäß 5B ist der Träger 3 stufenförmig ausgebildet. Über diese Stufe im Träger 3 ist die Dicke des Konversionselements 2 variierbar. In the embodiment according to 5B is the carrier 3 stepped. About this stage in the carrier 3 is the thickness of the conversion element 2 variable.

Gemäß 5C ist das gemeinsame Konversionselement 2 in unterschiedlichen Dicken über den Halbleiterchips 11, 12 angebracht. Eine dem Träger 3 zugewandte Seite des Konversionselements 2 verläuft im Wesentlichen parallel zum Träger 3. Strukturiert ist also die dem Träger 3 abgewandte Seite des Konversionselements 2. According to 5C is the common conversion element 2 in different thicknesses over the semiconductor chips 11 . 12 appropriate. A the carrier 3 facing side of the conversion element 2 runs essentially parallel to the carrier 3 , So structured is the carrier 3 opposite side of the conversion element 2 ,

Es ist es möglich, dass die Halbleiterchips 11, 12 nicht nur aus einer Batterie eines Geräts, in das die Halbleiterbauteile 1 eingebaut sind, sondern zusätzlich mit Hilfe eines Kondensators mit elektrischem Strom versorgt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn beide Halbleiterchips 11, 12 eine etwa gleich große Vorwärtsspannung aufweisen. Eine Differenz in den Versorgungsspannungen wird normalerweise über Linearregler in einem Stromtreiber in Verlustleistung umgesetzt. Daher ist der Einsatz zweier Halbleiterchips 11, 12 mit ähnlicher Vorwärtsspannung vorteilhaft. Ähnlich kann bedeuten, dass die Vorwärtsspannungen um höchstens einen Faktor 1,1 voneinander abweichen.It is possible that the semiconductor chips 11 . 12 not just from a battery of a device into which the semiconductor devices 1 are installed, but are also supplied with the aid of a capacitor with electric current. It is advantageous if both semiconductor chips 11 . 12 have an approximately equal forward voltage. A difference in the supply voltages is normally converted into power loss via linear regulators in a current driver. Therefore, the use of two semiconductor chips 11 . 12 advantageous with similar forward voltage. Similarly, the forward voltages may differ by a maximum of a factor of 1.1.

Bei niedrigen Umgebungstemperaturen weisen Lithium-Ionen-Akkus eine vergleichsweise geringe maximale Strombelastbarkeit auf. Halbleiterchips wie Leuchtdioden erzeugen bei niedrigen Temperaturen allerdings einen höheren Lichtstrom. Über einen Umgebungstemperatursensor, wie in vielen Mobiltelefonen verwendet, kann eine zusätzliche Stromregelung erfolgen. Hierdurch ist eine Lebensdauer eines Akkus erhöhbar und ein konstanter Lichtstrom aus dem Halbleiterbauteil 1 erzielbar. At low ambient temperatures, lithium-ion batteries have a comparatively low maximum current-carrying capacity. However, semiconductor chips such as light-emitting diodes produce a higher luminous flux at low temperatures. An ambient temperature sensor, as used in many mobile phones, can provide additional power control. As a result, a lifetime of a battery can be increased and a constant luminous flux from the semiconductor device 1 achievable.

In 6 sind die spektralen Eigenschaften von optoelektronischen Halbleiterkomponenten, beispielsweise wie in Verbindung mit 7 dargestellt, gezeigt. Die mit CRI gekennzeichneten Kurven geben jeweils den Farbwiedergabeindex, englisch Color Rendering Index, wieder. Die mit T bezeichnete Kurve zeigt den Verlauf der Farbtemperatur oder der korrelierten Farbtemperatur. Die Kurve d zeigt den Farbwiedergabeindex hinsichtlich des R9-Wertes im Color Rendering Index. Insbesondere bezieht sich die Kurve d auf gelbes Licht. In 6 are the spectral properties of optoelectronic semiconductor components, for example as in connection with 7 shown, shown. The curves marked CRI reflect the Color Rendering Index. The curve labeled T shows the progression of the color temperature or the correlated color temperature. The curve d shows the color rendering index with respect to the R9 value in the color rendering index. In particular, the curve d refers to yellow light.

Aufgetragen sind jeweils der Farbwiedergabeindex und die Farbtemperatur sowie der R9-Wert gegenüber der radiometrischen Leistung des dritten Halbleiterchips 13.The color rendering index and the color temperature as well as the R9 value are compared with the radiometric performance of the third semiconductor chip 13 ,

Gemäß 6A wird ein kaltweißes Licht emittierender Halbleiterchip 11, beispielsweise mit einer dominanten Wellenlänge von ungefähr 445 nm und mit einem Konversionselement 21 mit nur einem Leuchtstoff, in Kombination mit einem dritten Halbleiterchip mit einer Emissionswellenlänge von 580 nm verwendet. In 6B hingegen ist ein dritter Halbleiterchip mit einer Emissionswellenlänge von 590 nm verwendet. In 6C beträgt die Emissionswellenlänge des dritten Halbleiterchips 615 nm und in 6D 630 nm. Die radiometrische Leistung des auf InGaN basierenden Halbleiterchips 11 beträgt jeweils zirka 420 mW und ist somit deutlich größer als die radiometrische Leistung des dritten Halbleiterchips 13.According to 6A becomes a cold white light emitting semiconductor chip 11 For example, with a dominant wavelength of about 445 nm and with a conversion element 21 with only one phosphor used in combination with a third semiconductor chip having an emission wavelength of 580 nm. In 6B however, a third semiconductor chip with an emission wavelength of 590 nm is used. In 6C the emission wavelength of the third semiconductor chip is 615 nm and in FIG 6D 630 nm. The radiometric performance of the InGaN-based semiconductor chip 11 is approximately 420 mW each and is thus significantly larger than the radiometric power of the third semiconductor chip 13 ,

Gemäß 7A sind in der Halbleiterkomponente 10 der erste Halbleiterchip 11 mit dem zugehörigen ersten Konversionselement 21 und der dritte Halbleiterchip 13 in dem gemeinsamen Bauteilgehäuse 3 untergebracht. Gemäß 7B sind der erste Halbleiterchip 11 und der dritte Halbleiterchip 13 separat gehaust. According to 7A are in the semiconductor component 10 the first semiconductor chip 11 with the associated first conversion element 21 and the third semiconductor chip 13 in the common component housing 3 accommodated. According to 7B are the first semiconductor chip 11 and the third semiconductor chip 13 housed separately.

In 8 sind die Emissionsspektren einer Halbleiterkomponente 10 gezeigt, die nur einen im Blauen emittierenden Halbleiterchip 11 und ein Konversionselement 21 aufweist. In Kurve a in 8 umfasst das Konversionselement 21 nur einen Leuchtstoff. Das Spektrum der Kurve b ist für einem Konversionselement 21 mit zwei verschiedenen Leuchtstoffen. Die zugehörige Halbleiterkomponente 10 ist in 9 illustriert. Der Farbwiedergabeindex ist hierbei vergleichsweise klein.In 8th are the emission spectra of a semiconductor component 10 shown, the only one emitting in the blue semiconductor chip 11 and a conversion element 21 having. In curve a in 8th includes the conversion element 21 only one phosphor. The spectrum of the curve b is for a conversion element 21 with two different phosphors. The associated semiconductor component 10 is in 9 illustrated. The color rendering index is comparatively small.

Bei dem Halbleiterbauteil 1 gemäß 10 sind zwei baugleiche erste Halbleiterchips 11 vorhanden und keine weiteren Halbleiterchips. Die beiden ersten Halbleiterchips 11 weisen dieselbe Dominant-Wellenlänge im blauen Spektralbereich auf, beispielsweise ungefähr 450 nm. Den Halbleiterchips 11 sind verschiedene Konversionselemente 21, 22 nachgeordnet, die gestaltet ein können, wie in Verbindung mit 2 erläutert.In the semiconductor device 1 according to 10 are two identical first semiconductor chips 11 present and no further semiconductor chips. The first two semiconductor chips 11 have the same dominant wavelength in the blue spectral range, for example, about 450 nm. The semiconductor chips 11 are different conversion elements 21 . 22 downstream, which can be designed as in connection with 2 explained.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung 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, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 100 516.8 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German patent application 10 2012 100 516.8 , the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008064149 A1 [0002]
DE 102012100516 [0078]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ISBN 978-0470049044 [0012]

Claims

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) with - at least one first semiconductor chip ( 11 ) which emits radiation in the blue spectral range at a first dominant wavelength (λ1) during operation, - at least one second semiconductor chip ( 12 ) which emits radiation in the blue spectral range at a second dominant wavelength (λ2) during operation, - a first semiconductor chip ( 11 ) downstream first conversion element ( 21 ) for partial wavelength conversion of the radiation of the first dominant wavelength (λ1) and for generating a first mixed radiation, - a second semiconductor chip ( 12 ) downstream second conversion element ( 22 ) for the partial wavelength conversion of the radiation of the second dominant wavelength (λ2) and for producing a second mixed radiation, wherein - the first mixed radiation is cold white light and the second mixed radiation is warm white light, - the semiconductor chips ( 11 . 12 ) are energized independently of each other, and - a color temperature of the of the semiconductor device ( 1 ) emitted light is adjustable.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to the preceding claim, in which the first and the second conversion element ( 21 . 22 ) by a single, one-piece conversion element ( 2 ) formed in unchanged material composition via the first and the second semiconductor chip ( 11 . 12 ), wherein the second dominant wavelength (λ2) is different from the first dominant wavelength (λ1).

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to claim 1, wherein the first and the second conversion element ( 21 . 22 ) are separate, independent components, wherein the second dominant wavelength (λ2) is equal to the first dominant wavelength (λ1).

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the first and / or the second conversion element ( 21 . 22 ) comprises two or more than two different phosphors.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the first and / or the second conversion element ( 21 . 22 ) comprises exactly one phosphor.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the dominant wavelengths (λ1, λ2) differ from one another by at least 7.5 nm and by at most 25 nm.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the semiconductor chips ( 11 . 12 ) are not housed separately, wherein the semiconductor chips ( 11 . 12 ) in a single, common component housing ( 3 ) are housed.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, which additionally has a third semiconductor chip (in the yellow, orange and / or red spectral range) ( 13 ), wherein a radiometric power of the third semiconductor chip ( 13 ) in normal use at most 15% of the radiometric power of the first and / or the second semiconductor chip ( 11 . 12 ) is.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to claim 2 and according to the preceding claim, in which the third semiconductor chip ( 13 ) of the conversion element ( 2 ) is completely covered, seen in plan view.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which all semiconductor chips ( 11 . 12 . 13 ) are arranged along a straight line, seen in plan view.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to at least claim 2, wherein the conversion element ( 2 ) over the first semiconductor chip ( 11 ) has a different thickness than over the second semiconductor chip ( 12 ).

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to the preceding claim, in which the thicknesses of the conversion element ( 2 ) over the semiconductor chips ( 11 . 12 ) differ by at least a factor of 1.1 and by at most a factor of 2.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to one of the preceding claims, which is a flashlight for a mobile, portable image pickup device.

Optoelectronic semiconductor component ( 1 ) according to the preceding claim, comprising a control unit ( 4 ), wherein the control unit ( 4 ) is adapted to an operating current of the semiconductor device ( 1 ) to at most 75% of a sum of intended maximum currents of the first and second semiconductor chips ( 11 . 12 ) to limit.