EP3227930A1 - Optoelektronisches bauelement sowie optoelektronisches bauteil - Google Patents

Optoelektronisches bauelement sowie optoelektronisches bauteil

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EP3227930A1
EP3227930A1 EP15802168.3A EP15802168A EP3227930A1 EP 3227930 A1 EP3227930 A1 EP 3227930A1 EP 15802168 A EP15802168 A EP 15802168A EP 3227930 A1 EP3227930 A1 EP 3227930A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
blue
optoelectronic component
nano
phosphor particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP15802168.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Butendeich
Ion Stoll
Martin Mandl
Martin Strassburg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP3227930A1 publication Critical patent/EP3227930A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
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    • H01L33/16—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • the document DE 10 2011 078 402 AI describes a
  • One object to be solved is an optoelectronic component with improved spectral properties
  • a further object to be achieved is to provide an optoelectronic component which emits light with a high color rendering index during operation.
  • An optoelectronic component is specified.
  • the optoelectronic component is provided, for example, for the emission of light.
  • the optoelectronic component can be, for example, a light emitting diode. According to at least one embodiment of the optoelectronic component, this comprises a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip may be, for example, a
  • the semiconductor chip emits a blue-green light during operation. In other words, the
  • Semiconductor chip emits mint colored light.
  • the blue-green light has a spectrum that is
  • Spectral range extends.
  • the spectrum of a light is here and below the spectral intensity distribution of the light, ie the intensity distribution as a function of the wavelength and / or the frequency of the light.
  • the semiconductor chip has at least one
  • the blue-green light is through the
  • Light passage surface coupled out of the semiconductor chip.
  • this comprises a conversion element.
  • Conversion element comprises phosphor particles.
  • the phosphor particles are spatially distributed homogeneously in the conversion element.
  • the conversion element may include only one type of phosphor particles within the manufacturing tolerances.
  • the term "within the manufacturing tolerances" may in this
  • a low concentration of other types of phosphor particles for example, as impurities, may be present, but have no effect on the conversion properties of the phosphor particles.
  • the low concentration of the other types of phosphor particles is at most 5%, preferably at most 1%, and especially
  • the conversion element is arranged at least in places on the light passage surface of the semiconductor chip.
  • the conversion element is on the
  • Semiconductor chip arranged parts of the blue-green light can be coupled during operation in the conversion element. For example, at least 80% of the
  • the phosphor particles at least partially convert the blue-green light into a red light.
  • the phosphor particles are thus
  • wavelength-converting particles are provided.
  • wavelength-converting particles are provided.
  • Phosphor particles are designed to convert the wavelength of the light to be converted onto them.
  • the converted light has a larger one
  • Wavelength on as the light to be converted a photon of the blue-green light striking a phosphor particle becomes, for example, by scattering, preferably inelastic scattering by means of absorption and re-emission, within the phosphor particle into a photon which has a wavelength in the red region of the electromagnetic
  • this emits a white in operation
  • the white mixed light contains unconverted parts of the blue-green light and parts of the red light.
  • the term "part of a light” means either a part of the emitted intensity of the light or the total emitted intensity of said light.
  • the mixed light may be formed of unconverted parts of the blue-green light and the entire red light.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor chip, which in the
  • Operation emits a blue-green light and having at least one light passage surface through which the emitted during operation blue-green light, and a
  • Conversion element comprising phosphor particles, in particular only one kind, and at least in places on the
  • Light transmission surface is arranged, wherein the
  • Phosphor particles convert the blue-green light at least partially into a red light and the opto-electronic device emits a white mixed light containing unconverted parts of the blue-green light and parts of the red light.
  • the color locus associated with a spectrum of a light is here and below the point representing the color of the light in the color space.
  • the color space can be represented as a color diagram, preferably as a CIE standard color chart on the xy chroma level, wherein the color locus can be unambiguously determined in the coordinates Cx and Cy.
  • Cx is the relative red component
  • Cy is the relative green component of the light.
  • the color temperature is here and below the temperature of a black body radiator whose light effect at the same brightness of the
  • Fluorescent particles converted light conditionally.
  • Planck curve indicates the location of a blackbody radiator with an associated temperature in the color chart.
  • the semiconductor chip contains as active elements a plurality of nano- and / or micro-rods (English: nano- / microrods).
  • nano- and / or micro-rods are in particular from the publication "Group III nitride core-shell nano- and microrods for optoelectronic
  • the nano and / or micro sticks each have a length and a width.
  • the length is the maximum extent of the nano and / or micro sticks along their
  • the width is the maximum
  • Extension of the nano- and / or micro-rods perpendicular to the main extension direction are grown on a substrate.
  • the main direction of extension of the nano- and / or micro-rods may then be transverse, preferably vertical, to the substrate
  • the length may be at least 100 nm, preferably at least 1 ⁇ m, and at most 100 ⁇ m, preferably at most 20 ⁇ m.
  • the width may be at least 50 nm, preferably at least 300 nm, and at most 10 ⁇ m, preferably at most 5 ⁇ m.
  • the nano- and / or micro-rods can have a uniform width along all directions perpendicular to the main extension direction. An aspect ratio of the length to the width is
  • the aspect ratio of the length to the width is at most 200, preferably at most 50.
  • the nano- and / or micro-rods are thus elongated objects.
  • the nano- and / or micro-rods may each have at least one facet at their tips.
  • the "tip" of the nano- and / or micro-rods here and in the following is an area facing away from the substrate at the end of the nano- and / or micro-rods.
  • the at least one facet may, for example, have the shape of a multi-sided pyramid.
  • a core which extends away from the substrate and is elongate, is first grown on the substrate.
  • the core may comprise an n-type semiconductor material.
  • the active zone and then a jacket, which may be formed with a p-type semiconductor material, are grown circumferentially.
  • the nano- and / or micro-rods then have, for example, the form of elongated rods and / or tubes.
  • the light passage surface of the semiconductor chip comprises
  • the lateral surfaces may be in particular along the
  • Main extension direction extending outer surfaces of nano and / or micro sticks act.
  • the lateral surfaces are outer surfaces of the nano- and / or micro-rods which are not covered by the substrate.
  • the lateral surfaces of the nano- and / or micro-rods can form the light-transmitting surface of the semiconductor chip.
  • the lateral surface and outer surfaces of the facets can form the light-transmitting surface of the semiconductor chip.
  • nano- and / or microsticks can run in three spatial dimensions.
  • nano and / or micro sticks are characterized by a compared to in
  • nano and / or micro sticks are suitable for the emission of a
  • the spectrum of the broadband light may have either a single global maximum or a plurality of narrowband local maxima. Due to stress relaxation due to the small dimensions of the nano and / or micro sticks is the
  • the cores of the nano- and / or micro-rods can be almost defect-free. Because of these low defect densities, if the active zone contains indium, the risk of indium segregation may be reduced even at higher indium concentrations. This makes it possible, even high indium concentrations in the nano and / or
  • micro-rods To produce micro-rods and thereby also provide blue-green light.
  • the semiconductor chip comprises as active elements a multiplicity of nano- and / or micro-rods, which each have the length and the width, wherein the
  • Aspect ratio of the length to the width is at least 2 and the light passage surface comprises lateral surfaces of the nano and / or micro-rods.
  • the semiconductor chip may comprise quantum dots as active elements.
  • the peak wavelength of the blue-green is
  • the color locus of the blue-green light can in particular a Cx coordinate in the color space of at least 0.135 and at most 0.27 and a Cy coordinate in the color space of at least 0.15 and at most 0.41.
  • the blue-green light thus has a peak wavelength that is between the blue and the green
  • the peak wavelength is a local maximum and / or a global maximum of the spectrum of the blue-green light.
  • the blue-green light may also have multiple peak wavelengths, each at least 465 nm and at most 495 nm.
  • the spectrum of blue-green light in both the blue and the green spectral range may be an intensity of at least 10%, preferably at least 20%, of a full intensity at the at least one peak wavelength.
  • the half-width of the spectrum of the blue-green light is at least 60 nm and at most 90 nm.
  • the half-width indicates the full width of the intensity distribution at half intensity (English: Fill Width at Half Maximum, FWHM).
  • the blue-green light can therefore be broadband light that extends across the blue and green spectral range.
  • the blue-green light it is possible for the blue-green light to have a plurality of peak wavelengths, that is to say a plurality of local and / or global maxima, wherein each peak wavelength can be assigned a curve with a half-width.
  • Half width of each curve is, for example, at least 5 nm and at most 30 nm, preferably at most 20 nm.
  • the blue-green light may have two peak wavelengths, with one of the peak wavelengths in the blue
  • Spectral range and the other of the peak wavelengths in the green spectral range can be.
  • the blue-green light ⁇ may have an emission spectrum similar to that of several single emitters.
  • the active zone of the semiconductor chip is based on GaN.
  • the active zone In x Ga ] __ x N where 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • the indium concentration x can be varied along the length of the nano and / or micro sticks. Such variation of the indium concentration may serve to adjust the half-width of the spectrum and / or the peak wavelength of the blue-green light.
  • Shift spectral range into the green spectral range can increase the half-width of the spectrum of the blue-green light.
  • the nano- and / or micro-rods emit light of a different wavelength at the facets than at the remaining lateral surface, which is not part of the facets.
  • the nano- and / or micro-rods emit green light on the facets and blue light on the other lateral surface.
  • the spectrum of the blue-green light in this case may have at least one peak wavelength in the blue spectral range and one peak wavelength in the green spectral range.
  • the Wavelength of the light emitted at the facets can be adjusted, for example, with the indium content of the active zone at the tip and / or at the facets. Furthermore, it is possible that the wavelength of the light emitted at the facets due to varying thicknesses of
  • Ratio of the emission surface at the facets and the remaining lateral surface can be set exactly.
  • the number of maxima, the peak wavelength and / or the half-width of the spectrum can be set.
  • the dominant wavelength of the red light is at least 575 nm and at most 785 nm, preferably at least 580 nm and at most 640 nm.
  • the peak wavelength of the red light may be at least 600 nm and at most 630 nm be.
  • the dominant wavelength is the so-called hue of the same wavelength, which can be determined from the color diagram. For this purpose, a straight line is placed through the achromatic point in the color diagram and the measured color location of the light. The intersection of the line with the spectral color train gives the dominant wavelength of the light.
  • optoelectronic component then only the red-converting phosphor particles of a kind and the one semiconductor chip. It is thus possible, in particular, to provide an optoelectronic component which emits white, preferably warm-white, mixed light, in which a single blue-green emitting semiconductor chip and a conversion element with a single type of phosphor particles which emit the blue-green light emitted by the semiconductor chip convert to red light, are present. It is possible that further wavelength-converting and / or
  • the visible range of the electromagnetic spectrum is, for example, between at least 380 nm and at most 780 nm. In other words, the statement that no further wavelength-converting and / or
  • Radiation-emitting components are present, especially in the visible range of the
  • the color temperature of the mixed light varies depending on the concentration and / or the number of
  • Kelvin preferably at least 3000 Kelvin and at most 6000 Kelvin.
  • Mixed light can be in a range of at least 2000 Kelvin and at most 10000 Kelvin, preferably at least 3000 Kelvin and at most 6000 Kelvin, be adjusted by an appropriate choice of the concentration and / or the number of phosphor particles in the conversion element.
  • Conversion element may be, for example, the
  • the color temperature of the mixed light decreases with increasing concentration and / or as the number of phosphor particles in the conversion element increases. At an increased concentration and / or number of
  • Phosphor particles in the conversion element can be converted more blue ⁇ green light into red light. In extreme cases, all blue-green light can be converted to red light.
  • the mixed light covers with one
  • a MacAdam ellipse is an elliptical area in the color diagram around a reference hue
  • the mixed light thus always has a high similarity to that of a black body radiator
  • the color rendering index of the mixed light is at least 80.
  • the color rendering index gives the quality of the color rendering of a light source in comparison to a
  • Optoelectronic component coverable color temperature of the mixed light have a color rendering index of at least 80.
  • the conversion element is a casting.
  • Potting may comprise a matrix material into which the
  • Phosphor particles can be introduced.
  • the potting may be arranged at least in places in a space between the nano and / or micro sticks.
  • the nano and / or micro sticks are arranged on a substrate. It is possible that the
  • the nano- and / or micro-rods are arranged in the manner of a plurality of columns on the substrate. Between the nano and / or
  • Micro sticks is then arranged in each case a gap in which the potting may be introduced.
  • the potting covers the lateral surfaces of the nano and / or micro-rods at least in places.
  • the potting can cover at least 70% of the lateral surfaces of the nano and / or micro sticks.
  • the conversion element is a layer which is applied at least in places on the lateral surfaces of the nano- and / or micro-rods.
  • the layer can cover the layer at least 70% of the lateral surfaces. It is also possible that the layer completely covers all lateral surfaces.
  • the layer may be the facets at the top of the nano and / or micro sticks, in particular
  • the layer can also in the
  • the layer may be formed, for example, with a matrix material and / or a plastic.
  • the phosphor particles can then be introduced into the layer. It is also possible that the layer of the
  • the phosphor particles exists.
  • the phosphor particles can then be applied directly to the lateral surfaces, for example by means of electrophoresis.
  • an optoelectronic component is specified.
  • the optoelectronic component comprises an optoelectronic component described here. That is, all features disclosed for the optoelectronic device are disclosed for the optoelectronic device and vice versa.
  • this comprises an optoelectronic component and a further optoelectronic component.
  • the further optoelectronic component comprises a further
  • the peak wavelength of the blue light is in a range of at least 430 nm to at most 470 nm
  • the further optoelectronic component additionally comprises a further conversion element, the second
  • the second phosphor particles are different from the phosphor particles of the conversion element.
  • the second phosphor particles are arranged at least in places on the further light passage area of the further semiconductor chip.
  • this further comprises an optical element which superimposes parts of the mixed light emitted by the optoelectronic component and parts of the white further mixed light emitted by the further optoelectronic component to a white overall mixed light.
  • the optical element may be, for example, a prism, a lens, a potting and / or a beam splitter.
  • the second phosphor particles at least partially convert the blue light into a green light. The second phosphor particles are thus
  • the range of the electromagnetic spectrum can be the green spectral range.
  • the peak wavelength of the green light is at least 515 nm and at most 570 nm.
  • the width of the spectrum of the green light may be, for example, at least 5 nm and at most 70 nm, preferably at most 50 nm.
  • the further mixed light contains unconverted parts of the blue light and parts of the green light. It is also possible that the further conversion element further
  • Phosphor particles such as phosphor particles, which in energetic excitation, a bright red
  • a deep red light has a peak wavelength of at least 620 nm and at most 800 nm.
  • the overall mixed light has a higher color rendering index than the mixed light and the further mixed light.
  • an overall mixed light having a better quality in color reproduction is produced.
  • the efficiency indicates the luminous efficiency of an optoelectronic component with respect to the power of the blue-green or the blue light irradiated into the conversion element.
  • Total mixed light can be generated with a high color rendering index whose color temperature is adjustable over a wide range.
  • FIGS 1A and 1B show schematic
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an optoelectronic component described here.
  • FIG. 3 shows a sketch of the CIE standard color chart.
  • Figures 4A, 4B, 4C and 4D show exemplary spectra of blue and blue-green light, respectively, and the color loci achievable with an exemplary red converter material.
  • FIGS. 5A, 5B, 6A, 6B, 7A and 7B show spectra.
  • the same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.
  • the figures and the proportions of the elements shown in the figures with each other are not to scale
  • Optoelectronic component comprises a semiconductor chip 12.
  • the semiconductor chip 12 comprises a substrate 1 with a
  • the substrate 1 may be formed, for example, with sapphire, on which further semiconductor layers may be located. On the
  • the mask layer 11 is structured and comprises openings 13.
  • nano and / or micro sticks are also applied, whose lateral dimensions are defined by the openings 13 in the mask layer 11.
  • the nano and / or micro sticks 2 have one
  • Each nano- and / or micro-stick 2 has a length 2h and a width 2d.
  • the length 2h of the nano- and / or micro-rods 2 in this case is the maximum extent of the nano- and / or micro-rods 2 along the
  • the width 2d is the maximum extent of the nano- and / or micro-rods 2 perpendicular to the length 2h, ie in lateral directions. In particular, the width 2d extends along the top surface 1a of the substrate 1. The length 2h of the nano- and / or micro-rods 2 then runs perpendicular to
  • the nanorods and / or micro-rods 2 comprise a core 20, an active region 21 and a cladding 22.
  • the core 20 may be formed, for example, with an n-type semiconductor material.
  • the cladding 22 is then formed with a p-type semiconductor material.
  • the lateral surfaces 2a of the nano- and / or micro-rods 2 facing away from the substrate 1 form a light-transmitting surface 12a of the semiconductor chip 12.
  • the nano and / or micro sticks comprise 2 facets 23 at their tips facing away from the substrate 1.
  • the conversion element 3 is applied as a layer.
  • the conversion element 3 is arranged at least in places in intermediate spaces between the nano- and / or micro-rods 2.
  • the conversion element 3 comprises phosphor particles 31.
  • the phosphor particles 31 can be introduced into the conversion element 3 and distributed in this. It is also possible, unlike in the
  • Phosphor particles 31 exists.
  • the semiconductor chip 12 In operation, the semiconductor chip 12 emits a blue-green light 4. In an energetic excitation of
  • the blue-green light 4 is at least partially converted to red light 5. Parts of the red light 5 and unconverted parts of the blue-green light 4 then form a white one
  • the illustrated embodiment differs from that of Figure 1A only in that the conversion element 3 is present as encapsulation.
  • the phosphor particles 31 are introduced into the encapsulation.
  • Matrix material such as a silicone and / or an epoxy resin may be formed.
  • the conversion element 3 is arranged at least in places in intermediate spaces between the nano- and / or micro-rods 2. In particular, the conversion element 3 covers the lateral surfaces 2a at least
  • the optoelectronic component comprises a
  • Opto-electronic device with a semiconductor chip 12 and a conversion element 3, which generates a white mixed light 6. Furthermore, the optoelectronic component comprises a further semiconductor chip 91 with a further one
  • Light passage surface 91 a which is a blue light 81
  • the further conversion element 92 comprises second phosphor particles 94, which convert the blue light 81 into a green light 82.
  • a further mixed light 8 is generated which comprises parts of the green light 82 and unconverted parts of the blue light 81.
  • the optoelectronic component further comprises an optical element 93.
  • the optical element 92 is a lens which is formed as a potting.
  • the optical element 93 superimposes the mixed light 6 and the further mixed light 8 into a total mixed light 83
  • the total mixed light 83 then comprises parts of the blue-green light 4, parts of the red light 5, parts of the blue light 81, and parts of the green light 82
  • Overall mixing light 83 can be provided with a high color rendering index.
  • the concentration and / or number of the phosphor particles 31 in the conversion element 3 can be changed.
  • the concentration line 5c the Planck curve 61
  • FIG. 4A shows a spectrum of a blue light 81 having a peak wavelength 81p in the range of at least 440 nm and
  • spectra are each as an intensity in arbitrary
  • the blue light 81 is used in conjunction with a
  • Conversion element 3 generates a mixed light 6.
  • the color locations reachable with a blue light 81 and a red light 5 62 are plotted in FIG. 4B.
  • the color loci 62 deviate greatly from the Planck curve 61. The greater the distance of the color loci 62 to the Planck curve 61, the lower the
  • FIG. 4C shows a spectrum of a blue-green light 4 with a half-width of at least 50 nm and a peak wavelength of at least 430 nm and at most 490 nm.
  • FIG. 4D shows achievable color loci 62 of the mixed light 6 of the blue-green light 4 and The achievable color loci 62 are substantially closer to the Planck curve 61 in comparison to FIG. 4B.
  • a large area of the Planck curve 61 having a high color rendering index can be covered with a blue-green emitting semiconductor chip 12.
  • the respective spectra 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 have the color space assigned in tabular form in FIG. 5B, given by the coordinates Cx and Cy in the color diagram.
  • concentration of the phosphor particles 31 in the conversion element 3 with increasing numbering of the second to eleventh spectrum 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 increased.
  • Embodiment finds a semiconductor chip 12 use that emits a blue-green light 4 having a peak wavelength 4p in the range of 478 nm to 490 nm, preferably 482 nm to 486 nm.
  • the first spectrum 701 in this case has only one maximum at the peak wavelength 4p.
  • the half-width 4h of the spectrum 701 of the blue-green light 4 in the illustrated embodiment is at least 60 nm and at most 80 nm, preferably at least 65 nm and at most 75 nm.
  • the color locus 41 of the blue-green light 4 is
  • the second to eleventh spectrum 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 results in different concentrations of phosphor particles.
  • a second maximum arises in the red region of the electromagnetic field
  • This maximum may be the peak wavelength of the red light 5 generated by the phosphor particles 31
  • the solid color locus is here and in the Below, the color locus 51 of the red light 5, resulting in a conversion element 3, the only powdery
  • the solid color locus corresponds to the saturated color locus 51 of the red light 5.
  • adding further phosphor particles 31 to the conversion element 3 does not change the color locus 51 of the red light 5.
  • a peak wavelength 5p in the range of at least 605 nm and at most 620 nm, preferably at least 613 nm and at most 617 nm, on.
  • the dominant wavelength of the red light 5 may be at least 590 nm and at most 605 nm, preferably at least 595 nm and at most 599 nm.
  • Half width 5h of red light 5 at least 80 nm and at most 90 nm.
  • the half-width 5h of the red light 5 can be determined, for example, from the right-hand maximum of the second to eleventh spectrum 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711.
  • an increase in the concentration of the phosphor particles 31 in the conversion element 3 ie with increasing numbering of the spectra 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711, an increase of the red component in the mixed light 6 results.
  • this mixed light 6 which is close to the
  • Planck curve 61 runs in the color diagram.
  • the mixed light 6 assigned to the spectra 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 has a color temperature in the range of at least 3000 K and at most 5500 K.
  • the respective Mixed light 6 may have a color rendering index of 80 or less.
  • Wavelength 5p of the red light 5 as explained in more detail below.
  • the peak wavelength 4p of the blue-green light 4 is at least 472 nm and at most 484 nm, preferably at least 476 nm and at most 480 nm.
  • Spectrum 701 of blue-green light 4 in the illustrated embodiment is at least 70 nm and at most 90 nm, preferably at least 77 nm and at most 87 nm.
  • Color locus 41 of blue-green light 4 is
  • the peak wavelength 5p of the red light 5 in the embodiment of FIGS. 6A and 6B is at least 600 nm and at most 616 nm, preferably at least 606 nm and
  • the dominant wavelength of the red light 5 may be at least 587 nm and at most 601 nm, preferably at least 590 nm and at most 598 nm. Further, the half width 5h of the red light 5
  • Phosphor particles 31 having a solid color locus are suitable Phosphor particles 31 having a solid color locus in
  • the mixed light 6 of the embodiment of FIGS. 6A and 6B may each have a color rendering index of at least 80. It can thus be provided high quality mixed light 6.
  • FIG. 7A shows a spectrum of the mixed light 6 composed of parts of the blue-green light 41 and the red light 5 and the brightness sensitivity curve VX of the human eye.
  • the mixed light 6 has three local maxima 4p, 4p ', 5p, which can be assigned to the peak wavelength 5p of the red light 5 and peak wavelengths 4p, 4p' of the blue-green light 4.
  • the blue-green light 4 has two peak wavelengths 4p, 4p 'lying in the blue-green region of the electromagnetic spectrum.
  • the first peak wavelength 4p of the blue-green light 4 is in the range of at least 440 nm and at most 460 nm, while the second peak wavelength 4p 'of the blue-green light 4 is in the range of 520 nm to 550 nm.
  • FIG. 7B shows the spectrum of the mixed light 6
  • the peak Wavelength 81p of the part of the blue light 81 contained in the spectrum of the further mixed light 8 which lies in the range of at least 420 nm and at most 450 nm.
  • the peak wavelength 82p of the part of the green light 82 contained in the spectrum of the further mixed light 8 is visible, which is in the range of at least 500 nm and at most 560 nm.
  • the peak wavelength 4p of the blue-green light and the peak wavelength 5p of the red light 5 can be seen.
  • the Mixed light 8 creates the spectrum of the total mixed light 83, which contains all the components of the mixed light 6 and the further mixed light 8.
  • the total mixed light 83 has a higher color rendering index than the mixed light 6 and the further mixed light 8.
  • the total mixed light 83 has a high intensity in the wavelength ranges between at least 400 nm and at most 600 nm.
  • NMP3-SL-2012-280694 promoted.
  • the present patent application claims the priority of German Patent Application DE 10 2014 117 892.0, whose

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben, umfassend einen Halbleiterchip (12), der im Betrieb ein blau-grünes Licht (4) emittiert und zumindest eine Lichtdurchtrittsflache (12a) aufweist, durch die das im Betrieb emittierte blaugrüne Licht (4) tritt, und ein Konversionselement (3), das Leuchtstoffpartikel (31), insbesondere nur einer Art, umfasst und zumindest stellenweise auf der Lichtdurchtrittsflache (12a) angeordnet ist, wobei die Leuchtstoffpartikel (31) das blau-grüne Licht (4) zumindest teilweise in ein rotes Licht (5) konvertieren und das optoelektronische Bauelement ein weißes Mischlicht (6), das nicht-konvertierte Teile des blau-grünen Lichts (4) und Teile des roten Lichts (5) enthält, emittiert.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement sowie optoelektronisches
Bauteil
Die Druckschrift DE 10 2011 078 402 AI beschreibt ein
optoelektronisches Bauelement.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit verbesserten spektralen Eigenschaften
anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil bereitzustellen, das im Betrieb Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex emittiert. Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement ist beispielsweise zur Emission von Licht vorgesehen. Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich zum Beispiel um eine Leuchtdiode handeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses einen Halbleiterchip. Bei dem Halbleiterchip kann es sich beispielsweise um einen
Leuchtdiodenchip handeln. Der Halbleiterchip emittiert im Betrieb ein blau-grünes Licht. Mit anderen Worten, der
Halbleiterchip emittiert mintfarbenes Licht. Insbesondere weist das blau-grüne Licht ein Spektrum auf, das sich
zumindest teilweise über den blauen und den grünen
Spektralbereich erstreckt. Das Spektrum eines Lichts ist hierbei und im Folgenden die spektrale Intensitätsverteilung des Lichts, also die Intensitätsverteilung als Funktion der Wellenlänge und/oder der Frequenz des Lichts. Der blaue
Spektralbereich kann hierbei und im Folgenden in einem
Bereich von wenigstens 430 nm und höchstens 490 nm, bevorzugt wenigstens 440 nm und höchstens 480 nm, liegen. Ferner kann der grüne Spektralbereich hierbei und im Folgenden in einem Bereich von wenigstens 490 nm und höchstens 570 nm, bevorzugt wenigstens 500 nm und höchstens 560 nm, liegen.
Der Halbleiterchip weist zumindest eine
Lichtdurchtrittsflache auf, durch die das im Betrieb des Halbleiterchips emittierte blau-grüne Licht hindurch tritt. Insbesondere wird das blau-grüne Licht durch die
Lichtdurchtrittsflache aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses ein Konversionselement. Das
Konversionselement umfasst Leuchtstoffpartikel .
Beispielsweise sind die Leuchtstoffpartikel räumlich homogen in dem Konversionselement verteilt. Insbesondere kann das Konversionselement im Rahmen der Herstellungstoleranzen nur eine Art von LeuchtstoffPartikeln umfassen. Der Begriff "im Rahmen der Herstellungstoleranzen" kann in diesem
Zusammenhang bedeuten, dass herstellungsbedingt eine geringe Konzentration weiterer Arten von LeuchtstoffPartikeln, beispielsweise als Verunreinigungen, vorhanden sein kann, die jedoch keinen Einfluss auf die Konversionseigenschaften der Leuchtstoffpartikel haben. Beispielsweise beträgt die geringe Konzentration der weiteren Arten von LeuchtstoffPartikeln höchstens 5 %, bevorzugt höchstens 1 % und besonders
bevorzugt höchstens 0,5 %, der Konzentration der
Leuchtstoffpartikel . Das Konversionselement ist zumindest stellenweise auf der Lichtdurchtrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet.
Insbesondere ist das Konversionselement derart auf dem
Halbleiterchip angeordnet, dass Teile des blau-grünen Lichts im Betrieb in das Konversionselement eingekoppelt werden können. Beispielsweise sind wenigstens 80 % der
Lichtdurchtrittsflache von dem Konversionselement bedeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements konvertieren die Leuchtstoffpartikel das blau¬ grüne Licht zumindest teilweise in ein rotes Licht. Bei den LeuchtstoffPartikeln handelt es sich somit um
wellenlängenkonvertierende Partikel. Insbesondere sind
Leuchtstoffpartikel dafür vorgesehen, die Wellenlänge des auf sie treffenden, zu konvertierenden Lichts zu konvertieren. Bevorzugt weist das konvertierte Licht eine größere
Wellenlänge auf als das zu konvertierende Licht. Insbesondere wird ein auf ein Leuchtstoffpartikel treffendes Photon des blau-grünen Lichts beispielsweise durch Streuung, bevorzugt unelastische Streuung mittels Absorption und Re-Emission, innerhalb des LeuchtstoffPartikels in ein Photon, das eine Wellenlänge im roten Bereich des elektromagnetischen
Spektrums aufweist, konvertiert. Mit anderen Worten, bei einer energetischen Anregung der Leuchtstoffpartikel mit dem blau-grünen Licht emittieren die Leuchtstoffpartikel rotes Licht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements emittiert dieses im Betrieb ein weißes
Mischlicht. Das weiße Mischlicht enthält nicht-konvertierte Teile des blau-grünen Lichts und Teile des roten Lichts.
Hierbei und im Folgenden ist mit der Bezeichnung "Teil eines Lichts" entweder ein Teil der emittierten Intensität des Lichts oder die gesamte emittierte Intensität des besagten Lichts gemeint. Insbesondere kann das Mischlicht aus nicht- konvertierten Teilen des blau-grünen Lichts und dem gesamten roten Licht gebildet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses einen Halbleiterchip, der im
Betrieb ein blau-grünes Licht emittiert und zumindest eine Lichtdurchtrittsfläche aufweist, durch die das im Betrieb emittierte blau-grüne Licht tritt, und ein
Konversionselement, das Leuchtstoffpartikel , insbesondere nur einer Art, umfasst und zumindest stellenweise auf der
Lichtdurchtrittsfläche angeordnet ist, wobei die
Leuchtstoffpartikel das blau-grüne Licht zumindest teilweise in ein rotes Licht konvertieren und das optoelektronische Bauelement ein weißes Mischlicht, das nicht konvertierte Teile des blau-grünen Lichts und Teile des roten Lichts enthält, emittiert.
Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement wird insbesondere die Idee verfolgt, durch die Verwendung eines Halbleiterchips mit einem stark ungesättigten Farbort im blau-grünen Spektralbereich die Erzeugung von weißem,
bevorzugt von warmweißem, Mischlicht zu vereinfachen. Der einem Spektrum eines Lichts zugehörige Farbort ist hierbei und im Folgenden der die Farbe des Lichts repräsentierende Punkt im Farbraum. Der Farbraum kann als Farbdiagramm, bevorzugt als CIE-Normfarbtafel auf der xy-Chromazitätsebene, dargestellt werden, wobei der Farbort in den Koordinaten Cx und Cy eindeutig bestimmbar ist. Cx ist hierbei der relative Rot-Anteil, während Cy der relative Grün-Anteil des Lichts ist . Es hat sich überraschend gezeigt, dass für die Erzeugung von weißem Mischlicht, insbesondere von warmweißem Mischlicht mit einer Farbtemperatur von weniger als 4500 K, bei der
Verwendung eines blau-grünen Emitters insbesondere lediglich rot konvertierende Leuchtstoffpartikel , insbesondere nur einer Art, benötigt werden. Die Farbtemperatur ist hierbei und im Folgenden die Temperatur eines Schwarzkörperstrahlers, dessen Lichtwirkung bei gleicher Helligkeit der dem
Mischlicht am ähnlichsten ist. Die Verwendung nur einer Art von rot konvertierenden LeuchtstoffPartikeln erfordert mitunter einen geringeren logistischen Aufwand für die
Bestimmung der benötigten Konzentrationen der
Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement für das
Erreichen des zu erzeugenden Farborts des Mischlichts. Im Vergleich hierzu hat es sich herausgestellt, dass es mit einem blaues Licht emittierenden Halbleiterchip nicht möglich ist, effizient warmweißes Mischlicht mit nur einem Phosphor bereitzustellen. Dies ist durch die geringen Halbwertsbreiten des Spektrums des blauen Lichts und des von
LeuchtstoffPartikeln konvertierten Lichts bedingt.
Ferner ergibt sich durch die Wahl eines blau-grünen Emitters eine bessere Lage zur Planck-Kurve im Farbdiagramm. Die
Planck-Kurve zeigt die Lage eines Schwarzkörperstrahlers mit einer zugehörigen Temperatur im Farbdiagram an. Hierdurch können mit nur einer Phosphor-Art mehrere Farbtemperaturen abgedeckt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements enthält der Halbleiterchip als aktive Elemente eine Vielzahl von Nano- und/oder Mikrostäbchen (Englisch: nano-/microrods) . Solche Nano- und/oder Mikrostäbchen sind insbesondere aus der Veröffentlichung "Group III nitride core-shell nano- and microrods for optoelectronic
applications " , erschienen in Phys . Status Solidi RRL, 1-15 (2013) von Martin Mandl et al . , deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird, in einem anderen Zusammenhang beschrieben.
Die Nano- und/oder Mikrostäbchen weisen jeweils eine Länge und eine Breite auf. Die Länge ist die maximale Ausdehnung der Nano- und/oder Mikrostäbchen entlang ihrer
Haupterstreckungsrichtung. Die Breite ist die maximale
Ausdehnung der Nano- und/oder Mikrostäbchen senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung. Beispielsweise sind die Nano- und/oder Mikrostäbchen auf einem Substrat aufgewachsen. Die Haupterstreckungsrichtung der Nano- und/oder Mikrostäbchen kann dann quer, bevorzugt vertikal, zu dem Substrat
verlaufen. Die Länge kann wenigstens 100 nm, bevorzugt wenigstens 1 ym, und höchstens 100 ym, bevorzugt höchstens 20 ym, betragen. Ferner kann die Breite wenigstens 50 nm, bevorzugt wenigstens 300 nm, und höchstens 10 ym, bevorzugt höchstens 5 ym, betragen. Insbesondere können die Nano- und/oder Mikrostäbchen entlang aller Richtungen senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung eine gleichmäßige Breite aufweisen. Ein Aspektverhältnis der Länge zu der Breite beträgt
wenigstens 2. Insbesondere beträgt das Aspektverhältnis der Länge zu der Breite höchstens 200, bevorzugt höchstens 50. Bei den Nano- und/oder Mikrostäbchen handelt es sich somit um länglich ausgebildete Objekte.
Die Nano- und/oder Mikrostäbchen können an ihren Spitzen jeweils zumindest eine Facette aufweisen. Die "Spitze" der Nano- und/oder Mikrostäbchen ist hierbei und im Folgenden ein dem Substrat abgewandter Bereich an dem Ende der Nano- und/oder Mikrostäbchen. Beispielsweise erstreckt sich die
Spitze über wenigstens 1 % und höchstens 20 % der Länge der Nano- und/oder Mikrostäbchen. Die zumindest eine Facette kann beispielweise die Form einer mehrseitigen Pyramide aufweisen. Hierbei ist es möglich, einen Facettenwinkel, der durch den Winkel zwischen den Seitenflächen und der Grundfläche der Pyramide gegeben ist, vorzugeben und/oder einzustellen. Zur Herstellung von Nano- und/oder Mikrostäbchen wird auf das Substrat zunächst ein Kern, der sich von dem Substrat weg erstreckt und länglich ausgebildet ist, gewachsen. Der Kern kann ein n-leitendes Halbleitermaterial aufweisen. Auf dem Kern werden umlaufend die aktive Zone und anschließend ein Mantel, der mit einem p-leitenden Halbleitermaterial gebildet sein kann, gewachsen. Die Nano- und/oder Mikrostäbchen weisen dann beispielsweise die Form von länglichen Stäben und/oder Röhren auf.
Die Lichtdurchtrittsfläche des Halbleiterchips umfasst
Mantelflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen. Bei den
Mantelflächen kann es sich insbesondere um entlang der
Haupterstreckungsrichtung verlaufende Außenflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen handeln. Beispielsweise handelt es sich bei den Mantelflächen um nicht von dem Substrat bedeckte Außenflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen. Insbesondere können die Mantelflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen die Lichtdurchtrittsfläche des Halbleiterchips bilden. Hierbei kann die Mantelfläche auch Außenflächen der Facetten
umfassen .
Die aktive Zone von Nano- und/oder Mikrostäbchen kann in drei räumlichen Dimensionen verlaufen. Somit zeichnen sich Nano- und/oder Mikrostäbchen durch eine im Vergleich zu in
lediglich zwei Dimensionen verlaufende aktive Zone
vergrößerte Lichtdurchtrittsfläche aus. Insbesondere eignen sich Nano- und/oder Mikrostäbchen zur Emission eines
breitbandigen Lichts, bevorzugt im blau-grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Hierbei kann das Spektrum des breitbandigen Lichts entweder ein einziges globales Maximum aufweisen oder mehrere schmalbandige lokale Maxima. Aufgrund von Verspannungsabbau bedingt durch die kleinen Dimensionen der Nano- und/oder Mikrostäbchen ist die
Materialqualität der Halbleiterschichten im Vergleich zu flächig aufgewachsenen Halbleiterschichten verbessert. Ferner können die Kerne der Nano- und/oder Mikrostäbchen nahezu defektfrei sein. Aufgrund dieser geringen Defektdichten kann in dem Fall, dass die aktive Zone Indium enthält, die Gefahr von Indium-Segregation selbst bei höheren Indium- Konzentrationen reduziert sein. Hierdurch ist es möglich, auch hohe Indium-Konzentrationen in den Nano- und/oder
Mikrostäbchen zu erzeugen und dadurch auch blau-grünes Licht bereitzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst der Halbleiterchip als aktive Elemente eine Vielzahl von Nano- und/oder Mikrostäbchen, die jeweils die Länge und die Breite aufweisen, wobei das
Aspektverhältnis der Länge zu der Breite wenigstens 2 beträgt und die Lichtdurchtrittsfläche Mantelflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen umfasst.
Alternativ oder zusätzlich kann der Halbleiterchip als aktive Elemente Quantenpunkte umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beträgt die Peak-Wellenlänge des blau-grünen
Lichts wenigstens 465 nm und höchstens 495 nm. Der Farbort des blau-grünen Lichts kann insbesondere eine Cx-Koordinate im Farbraum von wenigstens 0,135 und höchstens 0,27 und eine Cy-Koordinate im Farbraum von wenigstens 0,15 und höchstens 0,41 aufweisen. Das blau-grüne Licht weist somit eine Peak- Wellenlänge, die zwischen dem blauen und dem grünen
Spektralbereich liegt, auf. Insbesondere ist die Peak- Wellenlänge ein lokales Maximum und/oder ein globales Maximum des Spektrums des blau-grünen Lichts. Das blau-grüne Licht kann auch mehrere Peak-Wellenlängen aufweisen, die jeweils wenigstens 465 nm und höchstens 495 nm betragen. Insbesondere kann das Spektrum des blau-grünen Lichts sowohl im blauen als auch im grünen Spektralbereich eine Intensität von wenigstens 10 %, bevorzugt wenigstens 20 %, einer vollen Intensität bei der zumindest einen Peak-Wellenlänge betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beträgt die Halbwertsbreite des Spektrums des blau-grünen Lichts wenigstens 60 nm und höchstens 90 nm.
Hierbei und im Folgenden bezeichnet die Halbwertsbreite die volle Breite der Intensitätsverteilung bei halber Intensität (Englisch: Füll Width at Half Maximum, FWHM) . Das blau-grüne Licht kann also breitbandiges Licht sein, das sich über den blauen und grünen Spektralbereich erstreckt.
Alternativ ist es möglich, dass das blau-grüne Licht mehrere Peak-Wellenlängen, das heißt mehrere lokale und/oder globale Maxima, aufweist, wobei jeder Peak-Wellenlänge eine Kurve mit einer Halbwertsbreite zugeordnet werden kann. Die
Halbwertsbreite jeder Kurve beträgt beispielsweise wenigstens 5 nm und höchstens 30 nm, bevorzugt höchstens 20 nm.
Insbesondere kann das blau-grüne Licht zwei Peak-Wellenlängen aufweisen, wobei eine der Peak-Wellenlängen im blauen
Spektralbereich und die andere der Peak-Wellenlängen im grünen Spektralbereich liegen kann. Eine Einhüllende
(Englisch: envelope) der Maxima des Spektrums des blau-grünen Lichts kann beispielsweise eine Halbwertsbreite von wenigstens 60 nm und höchstens 90 nm aufweisen. Das blau¬ grüne Licht kann ein Emissionsspektrum, das dem mehrerer Einzelemitter ähnelt, aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements basiert die aktive Zone des Halbleiterchips auf GaN. Insbesondere enthält die aktive Zone InxGa]__xN, wobei 0 < x < 1. Die Indium-Konzentration x kann entlang der Länge der Nano- und/oder Mikrostäbchen variiert werden. Eine solche Variation der Indium-Konzentration kann der Einstellung der der Halbwertsbreite des Spektrums und/oder der Peak- Wellenlänge des blau-grünen Lichts dienen. Beispielsweise kann die Indium-Konzentration x entlang der Länge im Bereich von wenigstens x=0,l bis höchstens x=0,35 variiert werden. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass die Indium- Konzentration entlang der Länge kontinuierlich abnimmt oder kontinuierlich zunimmt. Durch die starke Variation der
Indium-Konzentration entlang der Länge der Nano- und/oder Mikrostäbchen ist es möglich, die Peak-Wellenlänge des von dem Halbleiterchip emittierten Lichts von dem blauen
Spektralbereich in den grünen Spektralbereich zu verschieben. Insbesondere kann dadurch die Halbwertsbreite des Spektrums des blau-grünen Lichts erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Nano- und/oder Mikrostäbchen an den Facetten Licht einer anderen Wellenlänge emittieren als an der übrigen Mantelfläche, die nicht Teil der Facetten ist. Beispielsweise emittieren die Nano- und/oder Mikrostäbchen an den Facetten grünes Licht und an der übrigen Mantelfläche blaues Licht. Beispielsweise kann das Spektrum des blau-grünen Lichts in diesem Fall wenigstens eine Peak-Wellenlänge im blauen Spektralbereich und eine Peak-Wellenlänge im grünen Spektralbereich aufweisen. Die Wellenlänge des an den Facetten emittierten Lichts kann beispielsweise mit dem Indium-Gehalt der aktiven Zone an der Spitze und/oder an den Facetten eingestellt werden. Ferner ist es möglich, dass sich die Wellenlänge des an den Facetten emittierten Lichts aufgrund von variierenden Dicken von
Quantenfilme in der aktiven Zone und/oder aufgrund eines sich unterscheidenden piezoelektrischen Feldes in den
Quantenfilmen von der Wellenlänge des an der übrigen
Mantelfläche emittierten Lichts unterscheidet. Aufgrund der vorgebbaren Facettenwinkel der Facetten ist eine
Emissionsfläche der Nano- und/oder Mikrostäbchen an den
Facetten durch die Breite der Nano- und/oder Mikrostäbchen vorgegeben. Über das Aspektverhältnis kann somit das
Verhältnis der Emissionsfläche an den Facetten und der übrigen Mantelfläche genau eingestellt werden. Dies
ermöglicht insbesondere eine bessere Steuerung des Spektrums des blau-grünen Lichts. Beispielsweise kann die Anzahl der Maxima, die Peak-Wellenlänge und/oder die Halbwertsbreite des Spektrums eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beträgt die Dominanz-Wellenlänge des roten Lichts wenigstens 575 nm und höchstens 785 nm, bevorzugt wenigstens 580 nm und höchstens 640 nm. Alternativ oder zusätzlich kann die Peak-Wellenlänge des roten Lichts wenigstens 600 nm und höchstens 630 nm betragen. Bei der Dominanz-Wellenlänge handelt es sich um die sogenannte farbtongleiche Wellenlänge, die aus dem Farbdiagramm bestimmt werden kann. Hierzu wird eine Gerade durch den Unbunt-Punkt im Farbdiagramm und den gemessenen Farbort des Lichts gelegt. Der Schnittpunkt der Geraden mit dem spektralen Farbenzug ergibt die Dominanz- Wellenlänge des Lichts. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind im Rahmen der Herstellungstoleranzen keine weiteren wellenlängenkonvertierenden und/oder
Strahlungsemittierenden Komponenten in dem optoelektronischen Bauelement enthalten. Insbesondere umfasst das
optoelektronische Bauelement dann nur die rot konvertierenden Leuchtstoffpartikel einer Art und den einen Halbleiterchip. Es ist somit insbesondere möglich, ein optoelektronisches Bauelement, das weißes, bevorzugt warmweißes, Mischlicht emittiert, bereitzustellen, bei dem ein einziger blau-grün emittierender Halbleiterchip und ein Konversionselement mit einer einzigen Art von LeuchtstoffPartikeln, die das von dem Halbleiterchip emittierte blau-grüne Licht in rotes Licht konvertieren, vorhanden sind. Hierbei ist es möglich, dass weitere wellenlängenkonvertierende und/oder
Strahlungsemittierende Komponenten aufweist, die nicht im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums
emittieren. Der sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt beispielsweise zwischen wenigstens 380 nm und höchstens 780 nm. Mit anderen Worten, die Angabe, dass keine weiteren wellenlängenkonvertierenden und/oder
Strahlungsemittierenden Komponenten vorhanden sind, kann sich insbesondere nur auf den sichtbaren Bereich des
elektromagnetischen Spektrums beziehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements variiert die Farbtemperatur des Mischlichts abhängig von der Konzentration und/oder der Anzahl der
Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement in einem
Bereich von wenigstens 2000 Kelvin und höchstens 10000
Kelvin, bevorzugt wenigstens 3000 Kelvin und höchstens 6000 Kelvin. Mit anderen Worten, die Farbtemperatur des
Mischlichts kann in einem Bereich von wenigstens 2000 Kelvin und höchstens 10000 Kelvin, bevorzugt wenigstens 3000 Kelvin und höchstens 6000 Kelvin, durch eine entsprechende Wahl der Konzentration und/oder der Anzahl der Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement eingestellt werden. Bei der
Konzentration der Leuchtstoffpartikel in dem
Konversionselement kann es sich beispielsweise um die
Gewichts- und/oder die Volumenkonzentration der
Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement handeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements nimmt die Farbtemperatur des Mischlichts mit steigender Konzentration und/oder mit steigender Anzahl der Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement ab. Bei einer erhöhten Konzentration und/oder Anzahl der
Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement kann mehr blau¬ grünes Licht in rotes Licht konvertiert werden. Im Extremfall kann sämtliches blau-grünes Licht in rotes Licht konvertiert werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements deckt das Mischlicht mit einem
Schwarzkörperstrahler gleicher Farbtemperatur eine 3-Step- McAdams-Ellipse ab. Eine MacAdam-Ellipse ist eine elliptische Fläche im Farbdiagramm um einen Bezugsfarbton herum,
innerhalb derer die Vergleichsfarben als gleichabständig wahrgenommen werden. Bei einer Abdeckung innerhalb einer 3- Step-MacAdams-Ellipse nimmt eine durchschnittliche
Versuchsperson unterschiedlich farbige Mischlichte als gleichfarbig wahr. Das Mischlicht weist somit stets eine hohe Ähnlichkeit mit dem von einem Schwarzkörperstrahler
emittierten Licht auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements beträgt der Farbwiedergabeindex des Mischlichts wenigstens 80. Der Farbwiedergabeindex gibt die Qualität der Farbwiedergabe einer Lichtquelle im Vergleich zu einem
Schwarzkörperstrahler der gleichen Farbtemperatur an.
Insbesondere kann das Mischlicht für jede mit dem
optoelektronischen Bauelement abdeckbare Farbtemperatur des Mischlichts einen Farbwiedergabeindex von wenigstens 80 aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das Konversionselement ein Verguss. Der
Verguss kann ein Matrixmaterial umfassen, in das die
Leuchtstoffpartikel eingebracht sein können. Der Verguss kann zumindest stellenweise in einem Zwischenraum zwischen den Nano- und/oder Mikrostäbchen angeordnet sein. Beispielsweise sind die Nano- und/oder Mikrostäbchen auf einem Substrat angeordnet. Hierbei ist es möglich, dass die
Haupterstreckungsrichtungen der Nano- und/oder Mikrostäbchen jeweils vertikal zu einer Haupterstreckungsebene des
Substrats verlaufen. Mit anderen Worten, die Nano- und/oder Mikrostäbchen sind nach Art einer Vielzahl von Säulen auf dem Substrat angeordnet. Zwischen den Nano- und/oder
Mikrostäbchen ist dann jeweils ein Zwischenraum angeordnet, in dem der Verguss eingebracht sein kann. Der Verguss bedeckt die Mantelflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen zumindest stellenweise. Insbesondere kann der Verguss wenigstens 70 % der Mantelflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen bedecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist das Konversionselement eine Schicht, die zumindest stellenweise auf den Mantelflächen der Nano- und/oder Mikrostäbchen aufgebracht ist. Beispielsweise kann die Schicht wenigstens 70 % der Mantelflächen bedecken. Es ist ferner möglich, dass die Schicht alle Mantelflächen vollständig bedeckt. Die Schicht kann die Facetten an der Spitze der Nano- und/oder Mikrostäbchen, insbesondere
vollständig, bedecken. Die Schicht kann zudem in den
Zwischenräumen zwischen den Nano- und/oder Mikrostäbchen angeordnet sein. Die Schicht kann beispielsweise mit einem Matrixmaterial und/oder einem Kunststoff gebildet sein. In die Schicht können dann die Leuchtstoffpartikel eingebracht sein. Es ist ferner möglich, dass die Schicht aus den
LeuchtstoffPartikeln besteht. Die Leuchtstoffpartikel können dann direkt, beispielsweise mittels Elektrophorese, auf die Mantelflächen aufgebracht sein. Es wird ferner ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Das optoelektronische Bauteil umfasst ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauelement offenbarten Merkmale sind für das optoelektronische Bauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses ein optoelektronisches Bauelement und ein weiteres optoelektronisches Bauelement. Das weitere optoelektronische Bauelement umfasst einen weiteren
Halbleiterchip, der im Betrieb ein blaues Licht emittiert und zumindest eine weitere Lichtdurchtrittsfläche aufweist, durch die das im Betrieb erzeugte blaue Licht tritt. Beispielsweise liegt die Peak-Wellenlänge des blauen Lichts in einem Bereich von wenigstens 430 nm bis höchstens 470 nm. Die
Halbwertsbreite des Spektrums des blauen Lichts kann
wenigstens 5 nm und höchstens 30 nm betragen. Mit anderen Worten, bei dem blauen Licht kann es sich um spektral reines, schmalbandiges Licht handeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst das weitere optoelektronische Bauelement zudem ein weiteres Konversionselement, das zweite
Leuchtstoffpartikel umfasst. Die zweiten Leuchtstoffpartikel sind von den LeuchtstoffPartikeln des Konversionselements verschieden. Die zweiten Leuchtstoffpartikel sind zumindest stellenweise auf der weiteren Lichtdurchtrittsflache des weiteren Halbleiterchips angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils umfasst dieses ferner ein optisches Element, das Teile des von dem optoelektronischen Bauelement emittierten Mischlichts und Teile des von dem weiteren optoelektronischen Bauelements emittierten weißen weiteren Mischlichts zu einem weißen Gesamtmischlicht überlagert. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um ein Prisma, eine Linse, einen Verguss und/oder einen Strahlteiler handeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauteils konvertieren die zweiten Leuchtstoffpartikel das blaue Licht zumindest teilweise in ein grünes Licht. Bei den zweiten LeuchtstoffPartikeln handelt es sich somit um
Leuchtstoffpartikel , die bei energetischer Anregung durch das blaue Licht Photonen im grünen Bereich des
elektromagnetischen Spektrums erzeugen. Bei dem grünen
Bereich des elektromagnetischen Spektrums kann es sich um den grünen Spektralbereich handeln. Beispielsweise beträgt die Peak-Wellenlänge des grünen Lichts wenigstens 515 nm und höchstens 570 nm. Die Breite des Spektrums des grünen Lichts kann beispielsweise wenigstens 5 nm und höchstens 70 nm, bevorzugt höchstens 50 nm, betragen. Das weitere Mischlicht enthält nicht-konvertierte Teile des blauen Lichts und Teile des grünen Lichts. Es ist ferner möglich, dass das weitere Konversionselement weitere
Leuchtstoffpartikel , wie beispielsweise Leuchtstoffpartikel , die bei energetischer Anregung ein sattrotes Licht
emittieren, umfasst. Ein sattrotes Licht weist beispielsweise eine Peak-Wellenlänge von wenigstens 620 nm und höchstens 800 nm auf. Das Gesamtmischlicht weist einen höheren Farbwiedergabeindex als das Mischlicht und das weitere Mischlicht auf. Mit anderen Worten, durch die Überlagerung des Mischlichts und des weiteren Mischlichts mit dem optischen Element wird ein Gesamtmischlicht mit einer besseren Qualität bezüglich der Farbwiedergabe erzeugt. Insbesondere können zwei
optoelektronische Bauelemente kombiniert werden, die jeweils auf effiziente Weise ein Mischlicht erzeugen. So kann
beispielsweise mit dem optoelektronischen Bauelement
Mischlicht mit einer niedrigen Farbtemperatur effizient erzeugt werden, während das weitere optoelektronische
Bauelement effizient Mischlicht mit hohen Farbtemperaturen erzeugt. Die Effizienz gibt hierbei und im Folgenden die Lichtausbeute eines optoelektronischen Bauelements in Bezug auf die in das Konversionselement eingestrahlte Leistung des blau-grünen beziehungsweise des blauen Lichts an. Somit kann mit einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauteil
Gesamtmischlicht mit einem hohen Farbwiedergabeindex erzeugt werden, dessen Farbtemperatur über einen großen Bereich einstellbar ist.
Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Bauelement sowie das hier beschriebene optoelektronische Bauteil anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren 1A und 1B zeigen schematische
Schnittdarstellungen eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils.
Die Figur 3 zeigt eine Skizze der CIE-Normfarbtafel .
Die Figuren 4A, 4B, 4C und 4D zeigen beispielhafte Spektren des blauen bzw. des blau-grünen Lichts, sowie die mit einem beispielhaften roten Konvertermaterial erreichbaren Farborte.
Die Figuren 5A, 5B, 6A, 6B, 7A und 7B zeigen Spektren. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Das
optoelektronische Bauelement umfasst einen Halbleiterchip 12. Der Halbleiterchip 12 umfasst ein Substrat 1 mit einer
Haupterstreckungsebene, in der sich das Substrat in lateralen Richtungen erstreckt, und einer Deckfläche la. Das Substrat 1 kann beispielsweise mit Saphir gebildet sein, auf dem sich weitere Halbleiterschichten befinden können. Auf der
Deckfläche la des Substrats 1 ist eine Maskenschicht 11 aufgebracht. Die Maskenschicht 11 ist strukturiert und umfasst Öffnungen 13.
Auf der Deckfläche la sind ferner mehrere Nano- und/oder Mikrostäbchen aufgebracht, deren laterale Dimensionen durch die Öffnungen 13 in der Maskenschicht 11 definiert sind. Die Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 weisen eine
Haupterstreckungsrichtung auf, die von dem Substrat 1 weg verläuft. Jedes Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 weist eine Länge 2h und eine Breite 2d auf. Die Länge 2h der Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 ist hierbei die maximale Ausdehnung der Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 entlang der
Haupterstreckungsrichtung der Nano- und/oder Mikrostäbchen 2. Die Breite 2d ist die maximale Ausdehnung der Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 senkrecht zur Länge 2h, also in lateralen Richtungen. Insbesondere verläuft die Breite 2d entlang der Deckfläche la des Substrats 1. Die Länge 2h der Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 verläuft dann senkrecht zur
Deckfläche la des Substrats 1. Die Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 umfassen einen Kern 20, eine aktive Zone 21 und einen Mantel 22. Der Kern 20 kann beispielsweise mit einem n-leitenden Halbleitermaterial gebildet sein. Der Mantel 22 ist dann mit einem p-leitenden Halbleitermaterial gebildet. Die dem Substrat 1 abgewandten Mantelflächen 2a der Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 bilden eine Lichtdurchtrittsfläche 12a des Halbleiterchips 12.
Ferner umfassen die Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 Facetten 23 an ihren dem Substrat 1 abgewandten Spitzen. Auf den Mantelflächen 2a ist das Konversionselement 3 als Schicht aufgebracht. Ferner ist das Konversionselement 3 zumindest stellenweise in Zwischenräumen zwischen den Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 angeordnet. Das Konversionselement 3 umfasst Leuchtstoffpartikel 31. Die Leuchtstoffpartikel 31 können in das Konversionselement 3 eingebracht und in diesem verteilt sein. Es ist ferner möglich, anders als in den
Figuren gezeigt, dass das Konversionselement 3 aus den
LeuchtstoffPartikeln 31 besteht.
Im Betrieb emittiert der Halbleiterchip 12 ein blau-grünes Licht 4. Bei einer energetischen Anregung der
Leuchtstoffpartikel 31 durch das blau-grüne Licht 4 wird das blau-grüne Licht 4 zumindest teilweise in rotes Licht 5 konvertiert. Teile des roten Lichts 5 und nicht-konvertierte Teile des blau-grünen Lichts 4 bilden dann ein weißes
Mischlicht 6, das von dem optoelektronischen Bauelement emittiert wird.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 1B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Das
dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Figur 1A lediglich dadurch, dass das Konversionselement 3 als Verguss vorliegt. Die Leuchtstoffpartikel 31 sind in den Verguss eingebracht. Der Verguss kann mit einem
Matrixmaterial, wie beispielsweise einem Silikon und/oder einem Epoxidharz, gebildet sein. Das Konversionselement 3 ist zumindest stellenweise in Zwischenräumen zwischen den Nano- und/oder Mikrostäbchen 2 angeordnet. Insbesondere bedeckt das Konversionselement 3 die Mantelflächen 2a zumindest
teilweise . Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 2 ist ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil näher erläutert. Das optoelektronische Bauteil umfasst ein
optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip 12 und einem Konversionselement 3, das ein weißes Mischlicht 6 erzeugt. Ferner umfasst das optoelektronische Bauteil einen weiteren Halbleiterchip 91 mit einer weiteren
Lichtdurchtrittsfläche 91a, der ein blaues Licht 81
emittiert, sowie ein weiteres Konversionselement 92, das auf der Lichtdurchtrittsfläche 91a des weiteren Halbleiterchips 91 angeordnet ist. Das weitere Konversionselement 92 umfasst zweite Leuchtstoffpartikel 94, die das blaue Licht 81 in ein grünes Licht 82 konvertieren. Hierdurch wird ein weiteres Mischlicht 8 erzeugt, das Teile des grünen Lichts 82 und nicht-konvertierte Teile des blauen Lichts 81 umfasst.
Das optoelektronische Bauteil umfasst ferner ein optisches Element 93. Bei dem optischen Element 92 handelt es sich vorliegend um eine Linse, die als Verguss ausgebildet ist. Das optische Element 93 überlagert das Mischlicht 6 und das weitere Mischlicht 8 zu einem Gesamtmischlicht 83. Das
Gesamtmischlicht 83 umfasst dann Teile des blau-grünen Lichts 4, Teile des roten Lichts 5, Teile des blauen Lichts 81 und Teile des grünen Lichts 82. Hierdurch kann ein weißes
Gesamtmischlicht 83 mit einem hohem Farbwiedergabeindex bereitgestellt werden.
Anhand der skizzierten CIE-Normfarbtafel der Figur 3 wird die Funktionsweise eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Hierbei ist der durch das optoelektronische Bauelement aufspannbare Farbraum näher dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist der relative Rot- Anteil Cx dargestellt, während die vertikale Achse den relativen Grün-Anteil Cy zeigt. Mit dem Halbleiterchip 12 kann ein Farbort 41 im grün-blauen Bereich des Farbdiagramms abgedeckt werden. Der Farbort 41 des blau-grünen Lichts 4 liegt auf einer Verbindungslinie 4c zwischen einem Punkt 42 im grünen Bereich der Spektralfarblinie, die die spektral reinen Farben enthält, und einem Punkt 43 im blauen Bereich der Spektralfarblinie. Mit den LeuchtstoffPartikeln 31 kann ein Farbort 51 im roten Bereich der Spektralfarblinie
abgedeckt werden.
Durch eine Veränderung der Konzentration und/oder Anzahl der Leuchtstoffpartikel 31 in dem Konversionselement 3 kann die Farbe entlang der Konzentrationslinie 5c verändert werden. Wenn die Konzentrationslinie 5c die Planck-Kurve 61
schneidet, ergibt sich ein optimales Mischlicht 6 mit einem hohen Farbwiedergabeindex.
Anhand der Spektren der Figuren 4A und 4C und der zugehörigen Ausschnitte aus der CIE-Normfarbtafel der Figuren 4B und 4D ist eine Funktionsweise eines hier beschriebenen
optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Die Figur 4A zeigt ein Spektrum eines blauen Lichts 81 mit einer Peak- Wellenlänge 81p im Bereich von wenigstens 440 nm und
höchstens 470 nm und einer Halbwertsbreite 81h im Bereich von wenigstens 5 nm und höchstens 30 nm. Hierbei und im Folgenden sind Spektren jeweils als Intensität in willkürlichen
Einheiten (Englisch: arbitrary units, a.u.) als Funktion der Wellenlänge λ in nm aufgetragen.
Mit dem blauen Licht 81 wird in Verbindung mit einem
Konversionselement 3 ein Mischlicht 6 erzeugt. Die mit einem blauen Licht 81 und einem roten Licht 5 erreichbaren Farborte 62 sind in der Figur 4B aufgetragen. Die Farborte 62 weichen stark von der Planck-Kurve 61 ab. Je größer der Abstand der Farborte 62 zur Planck-Kurve 61 desto geringer ist der
Farbwiedergabeindex des Mischlichts 6. Somit weist ein
Mischlicht 6 mit lediglich einem blauen Licht 81 einen geringen Farbwiedergabeindex auf.
Die Figur 4C zeigt ein Spektrum eines blau-grünen Lichts 4 mit einer Halbwertsbreite von wenigstens 50 nm und einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 430 nm und höchstens 490 nm. Die Figur 4D zeigt erreichbare Farborte 62 des Mischlichts 6 des blau-grünen Lichts 4 und eines roten Lichts 5. Die erreichbaren Farborte 62 liegen im Vergleich zu der Figur 4B wesentlich näher an der Planck-Kurve 61. Mit einem blau-grün emittierenden Halbleiterchip 12 kann somit ein großer Bereich der Planck-Kurve 61 mit einem hohen Farbwiedergabeindex abgedeckt werden.
Anhand der Spektren 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 der Figur 5A ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Hierbei sind ein erstes Spektrum 701 eines von dem Halbleiterchip 12 im Betrieb emittierten blau-grünen Lichts 4 und ein zweites bis ein elftes Spektrum 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 für mit dem optoelektronischen Bauelement
erzeugbares Mischlicht 6 dargestellt. Die jeweiligen Spektren 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 weisen den in der Figur 5B tabellarisch zugewiesenen Farbraum, gegeben durch die Koordinaten Cx und Cy im Farbdiagramm, auf. Hierbei wird die Konzentration der Leuchtstoffpartikel 31 in dem Konversionselement 3 mit steigender Nummerierung des zweiten bis elften Spektrums 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 erhöht. So weist beispielsweise ein dem dritten Spektrum 703 zugeordnetes optoelektronisches
Bauelement eine geringere Konzentration an
LeuchtstoffPartikeln 31 in dem Konversionselement 3 auf, als beispielsweise ein dem fünften Spektrum 705 zugeordnetes optoelektronisches Bauelement.
Bei dem in den Figuren 5A und 5B dargestellten
Ausführungsbeispiel findet ein Halbleiterchip 12 Verwendung, der ein blau-grünes Licht 4 mit einer Peak-Wellenlänge 4p im Bereich von 478 nm bis 490 nm, bevorzugt 482 nm bis 486 nm, emittiert. Das erste Spektrum 701 weist hierbei lediglich ein Maximum bei der Peak-Wellenlänge 4p auf. Die Halbwertsbreite 4h des Spektrums 701 des blau-grünen Lichts 4 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wenigstens 60 nm und höchstens 80 nm, bevorzugt wenigstens 65 nm und höchstens 75 nm. Der Farbort 41 des blau-grünen Lichts 4 ist
beispielsweise Cx=0,145 und Cy=0,250 (vergleiche auch Figur 5B) .
Beim Hinzufügen eines Konversionselements 3 mit
unterschiedlichen Konzentrationen an LeuchtstoffPartikeln entstehen beispielsweise das zweite bis elfte Spektrum 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711. Es entsteht ein zweites Maximum im roten Bereich des elektromagnetischen
Spektrums. Dieses Maximum kann der Peak-Wellenlänge des von den LeuchtstoffPartikeln 31 erzeugten roten Lichts 5
zugeordnet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 5A und 5B werden beispielsweise Leuchtstoffpartikel 31 mit einem Festkörper- Farbort im Bereich von Cx=0,58 bis Cx=0,63 und Cy=0,365 bis Cy=0,42 verwendet. Der Festkörper-Farbort ist hierbei und im Folgenden der Farbort 51 des roten Lichts 5, der sich bei einem Konversionselement 3, das lediglich pulverförmige
Leuchtstoffpartikel 31, die in Form einer Tablette gepresst sind, in Verbindung mit dem schmalbandigen blauen Licht 81 mit einer Peak-Wellenlänge bei 450 nm ergibt. Insbesondere entspricht der Festkörper-Farbort dem gesättigten Farbort 51 des roten Lichts 5. Mit anderen Worten, ein Hinzufügen von weiteren LeuchtstoffPartikeln 31 in das Konversionselement 3 führt zu keiner Veränderung des Farborts 51 des roten Lichts 5.
Insbesondere weist das erzeugte rote Licht 5 bei dem
Ausführungsbeispiel der Figuren 5A und 5B eine Peak- Wellenlänge 5p im Bereich von wenigstens 605 nm und höchstens 620 nm, bevorzugt wenigstens 613 nm und höchstens 617 nm, auf. Ferner kann die Dominanz-Wellenlänge des roten Lichts 5 wenigstens 590 nm und höchstens 605 nm, bevorzugt wenigstens 595 nm und höchstens 599 nm, betragen. Ferner kann die
Halbwertsbreite 5h des roten Lichts 5 wenigstens 80 nm und höchstens 90 nm betragen. Die Halbwertsbreite 5h des roten Lichts 5 kann beispielsweise anhand des rechten Maximum des zweiten bis elften Spektrums 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 ermittelt werden. Mit Anstieg der Konzentration der Leuchtstoffpartikel 31 in dem Konversionselement 3, also mit steigender Nummerierung der Spektren 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 ergibt sich eine Erhöhung des Rot-Anteils in dem Mischlicht 6. Insbesondere kann hierbei Mischlicht 6, das nahe der
Planck-Kurve 61 im Farbdiagramm verläuft, erzeugt werden. Das den Spektren 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 zugewiesene Mischlicht 6 weist eine Farbtemperatur im Bereich von wenigstens 3000 K und höchstens 5500 K auf. Das jeweilige Mischlicht 6 kann einen Farbwiedergabeindex von höchstens 80 aufweisen .
Anhand der Spektren 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 der Figur 6A, mit den zugehörigen Farborten in der Figur 6B, ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel der Figuren 6A und 6B unterscheidet sich von dem der Figuren 5A und 5B durch die Wahl der Peak- Wellenlänge 4p des blau-grünen Lichts 4 und der Peak-
Wellenlänge 5p des roten Lichts 5 wie im Folgenden näher erläutert .
Die Peak-Wellenlänge 4p des blau-grünen Lichts 4 beträgt wenigstens 472 nm und höchstens 484 nm, bevorzugt wenigstens 476 nm und höchstens 480 nm. Die Halbwertsbreite 4h des
Spektrums 701 des blau-grünen Lichts 4 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wenigstens 70 nm und höchstens 90 nm, bevorzugt wenigstens 77 nm und höchstens 87 nm. Der Farbort 41 des blau-grünen Lichts 4 ist
beispielsweise Cx=0,153 und Cy=0,222 (vergleiche auch Figur 6B) .
Die Peak-Wellenlänge 5p des roten Lichts 5 beträgt bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6A und 6B wenigstens 600 nm und höchstens 616 nm, bevorzugt wenigstens 606 nm und
höchstens 610 nm, auf. Ferner kann die Dominanz-Wellenlänge des roten Lichts 5 wenigstens 587 nm und höchstens 601 nm, bevorzugt wenigstens 590 nm und höchstens 598 nm, betragen. Ferner kann die Halbwertsbreite 5h des roten Lichts 5
wenigstens 70 nm und höchstens 90 nm, bevorzugt wenigstens 77 nm und höchstens 87 nm, betragen. Für das Erreichen der eben genannten Werte eignen sich beispielsweise Leuchtstoffpartikel 31 mit einem Festkörper-Farbort im
Bereich von Cx=0,57 bis Cx=0,62 und Cy=0,375 bis Cy=0,425.
Das Mischlicht 6 des Ausführungsbeispiels der Figuren 6A und 6B kann jeweils einen Farbwiedergabeindex von wenigstens 80 aufweisen. Es kann somit qualitativ hochwertiges Mischlicht 6 bereitgestellt werden.
Anhand der Spektren Figur 7A und 7B ist eine Funktionsweise eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements und eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils näher erläutert .
Die Figur 7A zeigt ein Spektrum des Mischlichts 6, das sich aus Teilen des blau-grünen Lichts 41 und des roten Lichts 5 zusammensetzt, sowie die Helligkeitsempfindlichkeitskurve VX des menschlichen Auges. Das Mischlicht 6 weist drei lokale Maxima 4p, 4p', 5p auf, die der Peak-Wellenlänge 5p des roten Lichts 5 und Peak-Wellenlängen 4p, 4p' des blau-grünen Lichts 4 zugewiesen werden können. Das blau-grüne Licht 4 weist zwei Peak-Wellenlängen 4p, 4p' auf, die im blau-grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegen. Die erste Peak- Wellenlänge 4p des blau-grünen Lichts 4 liegt im Bereich von wenigstens 440 nm und höchstens 460 nm, während die zweite Peak-Wellenlänge 4p' des blau-grünen Lichts 4 im Bereich von 520 nm bis 550 nm liegt. Durch eine Faltung des Spektrums des Mischlichts 6 mit der Helligkeitsempfindlichkeitskurve VX kann die Qualität der Farbwiedergabe des Mischlichts 6 ermittelt werden.
Die Figur 7B zeigt das Spektrum des Mischlichts 6, das
Spektrum des weiteren Mischlichts 8, sowie das Spektrum des Gesamtmischlichts 83. Hierbei ist deutlich die Peak- Wellenlänge 81p des in dem Spektrum des weiteren Mischlichts 8 enthaltenen Teils des blauen Lichts 81 erkennbar, die im Bereich von wenigstens 420 nm und höchstens 450 nm liegt. Ferner ist die Peak-Wellenlänge 82p des in dem Spektrum des weiteren Mischlichts 8 enthaltenen Teils des grünen Lichts 82 sichtbar, die im Bereich von wenigstens 500 nm und höchstens 560 nm liegt.
Weiterhin sind in Spektrum des Mischlichts 6 die Peak- Wellenlänge 4p des blau-grünen Lichts und die Peak- Wellenlänge 5p des roten Lichts 5 erkennbar.
Durch die Überlagerung des Mischlichts und des weiteren
Mischlichts 8 entsteht das Spektrum des Gesamtmischlichts 83, das sämtliche Komponenten des Mischlichts 6 und des weiteren Mischlichts 8 enthält. Das Gesamtmischlicht 83 weist einen höheren Farbwiedergabeindex als das Mischlicht 6 und das weitere Mischlicht 8 auf. Insbesondere weist das Gesamt- Mischlicht 83 eine hohe Intensität in den Wellenlängen- Bereichen zwischen wenigstens 400 nm und höchstens 600 nm auf .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
Die dieser Anmeldung zugrunde liegenden Arbeiten wurden von der Europäischen Union unter dem Förderkennzeichen
NMP3-SL-2012-280694 gefördert. Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 117 892.0, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Substrat
la Deckfläche
11 Maskenschicht
12 Halbleiterchip
12a Lichtdurchtrittsfläche
13 Öffnungen
2 Nano-/Mikrostäbchen
20 Kern
21 aktive Zone
22 Mantel
24 Facetten
2a Mantelflächen
2d Breite Nano-/Mikrostäbchen
2h Länge Nano-/Mikrostäbchen
3 Konversionselement
31 Leuchtstoffpartikel
4 blau-grünes Licht
4p Peak-Wellenlänge des blau-grünen Lichts
4d Dominanz-Wellenlänge des blau-grünen Lichts
4h Halbwertsbreite des Spektrums des blau-grünen Lichts
4c Verbindungslinie
41 Farbort des blau-grünen Lichts
42 grüner Spektralpunkt
43 blauer Spektralpunkt
5 rotes Licht
5p Peak-Wellenlänge des roten Lichts
5h Halbwertsbreite des Spektrums des roten Lichts
5c Konzentrationskurve Leuchtstoffpartikel
51 Farbort des roten Lichts
6 Mischlicht
61 Planck-Kurve erreichbarer Farbort des Mischlichts
1 Spektrum des blau-grünen Lichts
2, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, 711 zweites bis elftes Spektrum
weiteres Mischlicht
blaues Licht
p Peak-Wellenlänge des blauen Lichts
h Halbwertsbreite des Spektrums des blauen Lichts
grünes Licht
p Peak-Wellenlänge des grünen Lichts
Gesamtmischlicht
weiterer Halbleiterchip
a weitere Lichtdurchtrittsfläche
weiteres Konversionselement
optisches Element
zweite Leuchtstoffpartikel
Helligkeitsempfindlichkeitskurve des menschlichen Auges

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement umfassend,
- einen Halbleiterchip (12), der im Betrieb ein blau-grünes Licht (4) emittiert und zumindest eine Lichtdurchtrittsflache (12a) aufweist, durch die das im Betrieb emittierte blau¬ grüne Licht (4) tritt, und
- ein Konversionselement (3), das Leuchtstoffpartikel (31), insbesondere nur einer Art, umfasst und zumindest
stellenweise auf der Lichtdurchtrittsflache (12a) angeordnet ist, wobei
- die Leuchtstoffpartikel (31) das blau-grüne Licht (4) zumindest teilweise in ein rotes Licht (5) konvertieren und
- das optoelektronische Bauelement ein weißes Mischlicht (6), das nicht-konvertierte Teile des blau-grünen Lichts (4) und
Teile des roten Lichts (5) enthält, emittiert, wobei die Halbwertsbreite (4h) des Spektrums (701) des blau-grünen Lichts (4) wenigstens 60 nm beträgt.
2. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
bei dem der Halbleiterchip (12) als aktive Elemente eine Vielzahl von Nano- und/oder Mikrostäbchen (2) enthält, die jeweils eine Länge (2h) und eine Breite (2d) aufweisen, wobei - ein Aspektverhältnis der Länge (2h) zu der Breite (2d) wenigstens 2 beträgt und
- die Lichtdurchtrittsfläche (12a) Mantelflächen (2a) der Nano- und/oder Mikrostäbchen (2) umfasst.
3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Peak-Wellenlänge (4p) des blau-grünen Lichts (4) wenigstens 465 nm und höchstens 495 nm beträgt.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Halbwertsbreite (4h) des Spektrums (701) des blau-grünen Lichts (4) höchstens 90 nm beträgt.
5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die aktive Zone (22) des Halbleiterchips (12) mit InxGa]__xN gebildet ist, wobei eine Indium-Konzentration x zur Einstellung der Peak-Wellenlänge (4p) und/oder der
Halbwertsbreite (4h) entlang der Länge der Nano- und/oder Mikrostäbchen (2) variiert.
6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Dominanzwellenlänge des roten Lichts (5)
wenigstens 575 nm und höchstens 785 nm beträgt und/oder die Peak-Wellenlänge (5p) des roten Lichts (5) wenigstens 600 nm und höchstens 630 nm beträgt.
7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem im Rahmen der Herstellungstoleranzen keine weiteren wellenlängenkonvertierenden und/oder Strahlungsemittierenden Komponenten in dem optoelektronischen Bauelement enthalten sind .
8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Farbtemperatur des Mischlichts (6) abhängig von der Konzentration und/oder der Anzahl der Leuchtstoffpartikel (31) in dem Konversionselement (3) in einem Bereich von wenigstens 2400 K und höchstens 6500 K variiert.
9. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
bei dem die Farbtemperatur des Mischlichts (6) mit steigender Konzentration und/oder Anzahl der Leuchtstoffpartikel (31) in dem Konversionselement (3) abnimmt.
10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das Mischlicht (6) mit einem Schwarzkörperstrahler gleicher Farbtemperatur eine 3-Step-MacAdams-Ellipse abdeckt.
11. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem der Farbwiedergabeindex des Mischlichts (6)
wenigstens 80 beträgt.
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das Konversionselement (3) ein Verguss ist, der zumindest stellenweise in einem Zwischenraum zwischen den Nano- und/oder Mikrostäbchen (2) angeordnet ist und die
Mantelflächen (2a) der Nano- und/oder Mikrostäbchen (2) zumindest teilweise bedeckt.
13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das Konversionselement (3) eine Schicht ist, die zumindest stellenweise auf den Mantelflächen (2a) der Nano- und/oder Mikrostäbchen (2) aufgebracht ist.
14. Optoelektronisches Bauteil umfassend
- ein optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
- ein weiteres optoelektronisches Bauelement mit
-- einem weiteren Halbleiterchip (91), der im Betrieb ein blaues Licht (81) emittiert und zumindest eine weitere
Lichtdurchtrittsflache (91a) aufweist, durch die das im
Betrieb erzeugte blaue Licht (81) tritt, und
-- einem weiteren Konversionselement (92), das zweite
Leuchtstoffpartikel (94) umfasst, die von den
LeuchtstoffPartikeln (31) des Konversionselements (3) verschieden sind, und zumindest stellenweise auf der weiteren Lichtdurchtrittsflache (91a) angeordnet ist,
- ein optisches Element (93), das Teile des von dem
optoelektronischen Bauelement emittierten Mischlichts (6) und Teile eines von dem weiteren optoelektronischen Bauelement emittierten weißen weiteren Mischlichts (8) zu einem weißen Gesamtmischlicht (83) überlagert, wobei
- die zweiten Leuchtstoffpartikel (94) das blaue Licht (81) zumindest teilweise in ein grünes Licht (82) konvertieren,
- das weitere Mischlicht (83) nicht-konvertierte Teile des blauen Lichts (82) und das grüne Licht (82) enthält, und
- das Gesamtmischlicht (83) einen höheren Farbwiedergabeindex als das Mischlicht (6) und das weitere Mischlicht (83) .
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