WO2012120084A1 - Licht emittierende vorrichtung - Google Patents

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WO2012120084A1
WO2012120084A1 PCT/EP2012/054019 EP2012054019W WO2012120084A1 WO 2012120084 A1 WO2012120084 A1 WO 2012120084A1 EP 2012054019 W EP2012054019 W EP 2012054019W WO 2012120084 A1 WO2012120084 A1 WO 2012120084A1
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Christian Gärtner
Ales Markytan
Jan Marfeld
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/8513—Wavelength conversion materials having two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • LEDs Light emitting diodes
  • LEDs are widely used today for lighting purposes. Since LEDs typically produce narrowband, monochromatic light having a quasi-monochromatic spectrum, several differently colored LEDs or one or more LEDs with an additional wavelength must be used to produce white light
  • a common combination of LEDs to produce white light comprises a quasi-monochromatic red LEDs with a peak wavelength in the range of about 600 to 700 nm, quasi ⁇ monochromatic green LEDs having a peak wavelength in the range of about 530 to 570 nm and quasi- monochromatic blue LEDs with a peak wavelength in the range of about 440 to 475 nm.
  • RGB combination may also be added if necessary, LEDs with other colors.
  • radiated light intensities may mixed light of different colors, for example, white light with
  • At least one object of certain embodiments is to provide a light-emitting device that can emit multi-wavelength light in operation.
  • the light is directed
  • emitting device at least three light emitting Semiconductor devices on each other
  • Visible light can here and below, for example, by its color coordinates with cx and cy Farbortkoordinaten according to the known to a person skilled in the so-called CIE-1931 Farborttafel or CIE standard color chart
  • Different colored light can be light with different color coordinates.
  • white light or light with a white light or color impression here and in the following can light with a
  • Luminous impression may be designated, which has a color temperature of less than or equal to 4000 K, which may also be referred to as "neutral white”, and preferably less than or equal to 3500 K. Furthermore, as a warm white color temperature, a color temperature less than or equal to the above values and greater or equal to 2000 K and particularly preferably greater than or equal to 2400 K. As “cool white” can here and below a white light impression
  • color temperature can here and in the following see the color temperature of a Planck '
  • Color coordinates that deviate from the chromaticity coordinates of Planck's blackbody radiators can be characterized.
  • a light has
  • the emitting semiconductor device on a semiconductor chip with an epitaxial layer sequence, ie an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
  • the light-emitting semiconductor components of the light-emitting device may have a semiconductor chip with a semiconductor layer sequence based on InGaAlN.
  • InGaAlN-based semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxial
  • Semiconductor component also have a semiconductor chip with a semiconductor layer sequence based on InGaAlP, that is, that the semiconductor layer sequence may have different individual layers, of which at least one
  • At least one light-emitting element In addition, at least one light-emitting
  • Compound semiconductor material system AlGaAs have.
  • Semiconductor chips and semiconductor layer sequences which comprise at least one active layer based on InGaAlP or AlGaAs can, for example, preferably emit electromagnetic radiation with one or more spectral components in a red wavelength range.
  • the semiconductor layer sequences of the light-emitting semiconductor components can emit quasi-monochromatic light, ie narrow-band, monochromatic light whose spectral width is usually in the range of a few 10 nm and is due to the composition and structure of the semiconductor layer sequence.
  • the wavelength conversion substance may be suitable for converting at least part of the light emitted by the semiconductor chip, which is also referred to here as "primary light” here, into longer-wavelength light, which is referred to here and below as secondary light.
  • Conversion can particularly preferably relate only to a part of the primary light emitted by the semiconductor chip, so that a semiconductor component with a
  • Wavelength conversion element from an overlay
  • the wavelength conversion substance may comprise one or more of the following materials: rare earth and alkaline earth metal garnets, for example YAG: Ce 3+ , nitrides, nitridosilicates, sions, sialones,
  • Aluminates, oxides, halophosphates, orthosilicates, sulfides, vanadates and chlorosilicates are aluminates, oxides, halophosphates, orthosilicates, sulfides, vanadates and chlorosilicates. Furthermore, the
  • Wavelength conversion material additionally or alternatively comprise an organic material selected from a group
  • Wavelength conversion element may be suitable mixtures and / or combinations of the above
  • Wavelengths and / or yellow wavelength ranges Wavelengths and / or yellow wavelength ranges.
  • a wavelength conversion element can be any wavelength conversion element. Furthermore, a wavelength conversion element can be any wavelength conversion element.
  • the transparent matrix material can be, for example, siloxanes, epoxides, acrylates, methyl methacrylates, imides, carbonates, olefins, styrenes, urethanes or derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers and furthermore also mixtures, copolymers or compounds thereof
  • the matrix material may be any suitable material.
  • the matrix material may be any suitable material.
  • Epoxy resin polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene,
  • a wavelength conversion element may be on a semiconductor chip of a light-emitting
  • Semiconductor device may be arranged in the form of a directly applied layer or a plate.
  • a wavelength conversion element can also be formed by a potting or a part of a potting, in which the semiconductor chip of a light-emitting
  • the first semiconductor chip may have a semiconductor layer sequence which is disposed on a
  • the first light-emitting semiconductor component can have a
  • Wavelength conversion element can directly generate the red light with a quasi-monochromatic spectral distribution.
  • the red light emitted by the first semiconductor component has a so-called peak wavelength in a range of greater than or equal to 600 nm and less than or equal to 700 nm.
  • peak wavelength is here and below the wavelength of a light emitting semiconductor device or a semiconductor chip emitted light, in which the spectral distribution of the emitted light has a global maximum.
  • Wavelength conversion element and at least a third light-emitting semiconductor device having a
  • Wavelength conversion element wherein the second and third light-emitting semiconductor component respectively emit blue primary light and converted secondary light and the respective superposition of the primary and secondary light of the second and third light-emitting semiconductor device has different color coordinates.
  • the respective wavelength conversion element may be designed in accordance with one of the above-mentioned embodiments.
  • the superposition of the light emitted by the semiconductor components in each case produces white light.
  • the second and third semiconductor components each have at least one
  • the respective semiconductor chip in particular a
  • Semiconductor device radiated primary light may have a peak wavelength in a range of greater or less is equal to 430 nm and less than or equal to 480 nm and preferably greater than or equal to 445 nm and less than or equal to 470 nm.
  • the second light-emitting semiconductor component emits light which lies in a color locus range with the chromaticity coordinates (cx, cy) with cy ⁇ 0.45.
  • the second light-emitting semiconductor component emits light having a color locus (cx, cy) lying in a polygonal area in the CIE standard color chart with the corners at the chromaticity coordinates (0.15, 0, 25), (0.25, 0.20), (0.40, 0.43) and (0.20, 0.45).
  • the second light emits light having a color locus (cx, cy) lying in a polygonal area in the CIE standard color chart with the corners at the chromaticity coordinates (0.15, 0, 25), (0.25, 0.20), (0.40, 0.43) and (0.20, 0.45).
  • the second light emits light having a color locus (cx, cy) lying in a polygonal area in the CIE standard color chart with the corners at the chromaticity coordinates (0.15, 0, 25), (0.25, 0.20), (0.40, 0.43) and (0.20, 0.45).
  • the second light emits light having a color locus (cx,
  • emissive semiconductor device having light having a color locus (cx, cy) for which: 0.20 ⁇ cx ⁇ 0.31 and 0.1 ⁇ cy ⁇ 0.32.
  • the third light-emitting semiconductor component emits light that is in a
  • Color locus with the color coordinates (cx, cy) lies with cy> 0.37.
  • the third light-emitting semiconductor component emits light having a color locus (cx, cy) which lies in a polygonal area in the CIE standard color chart with the
  • the third light emits light
  • emissive semiconductor device having light having a color locus (cx, cy) for which: 0.35 ⁇ cx ⁇ 0.45 and 0.44 ⁇ cy ⁇ 0.61. According to another disclosed embodiment, the
  • the light is
  • the carrier may for example be formed by a housing and / or a lead frame and / or a guide plate on which the light-emitting
  • the light-emitting device can be designed as a so-called LED multi-chip component.
  • emitting device comprises a plurality of first light-emitting semiconductor devices and / or a plurality of second light-emitting semiconductor devices and / or a plurality of third light emitting
  • the housing may comprise a plastic, in particular a thermoplastic or a thermoset, the
  • Transfer molding injection molding, compression molding, or one
  • the plastic may have a silicone and / or an epoxy resin or a silicone-epoxy hybrid material.
  • the housing may also be a ceramic housing.
  • the carrier has one or more optical components, such as a reflector and / or a light-scattering and / or refractive element, which are assigned to the light-emitting semiconductor components together.
  • the light-scattering and / or refractive element can be, for example, an optical diffuser in the form of a scattering plate or scattering foil with scattering volume and / or surface elements, such as
  • the optical element can serve, in particular, as a cover of the semiconductor components.
  • the light-emitting semiconductor components are each arranged in individual housings or on separate carriers.
  • the light-emitting device may be formed from the combination of individual LEDs or include these.
  • the current-regulating components may, for example, furthermore also have light and / or temperature sensors, by means of which the radiated mixed light is active in terms of its color locus and / or its brightness to a
  • a tunability of the mixed light emitted by the light-emitting device may also be possible by means of the current-regulating component, particularly preferably along the white curve in the CIE standard color chart.
  • the mixed light radiated by the light-emitting device formed by superposition of the light emitted from the first, second and third light-emitting semiconductor devices may be controllable in a range along the white curve of a Planck black body radiator.
  • the range may include a color temperature range of at least greater than or equal to 3000 K or greater or equal to 2700 K or greater than or equal to 2400 K and less than or equal to 4000 K or less than or equal to 5000 K or less than or equal to 6500 K, in which the mixed light is specifically adjustable.
  • color temperature range this may be a range of color temperatures or correlated color temperatures (CCT).
  • CCT correlated color temperatures
  • the mixed light may be controllable in a color temperature range of greater than or equal to 500 K in a range greater than or equal to 2400 K and less than or equal to 6500 K.
  • the minimum luminous flux which is suitable for a well-defined color temperature range which may be predetermined, for example, by the use of the light-emitting device, for example as a lighting device, the minimum luminous flux which is suitable for a
  • Color temperature can be achieved within the range to be maximized size. In other words, the lowest luminous flux within the given
  • Color temperature range should be as high as possible.
  • Semiconductor devices are operated at any desired color temperature in the aforementioned areas at a high compared to the known solutions of the prior art luminous flux.
  • the increase in the minimum luminous flux is particularly great when a small number of semiconductor light emitting devices of each of the three classes are used.
  • the minimum luminous flux per CCT of the non-red portion can be almost 30% higher.
  • Figure 1A is a schematic representation of a light
  • Figure 1B is a schematic representation of a light
  • FIGS. 2 and 3 are schematic representations of
  • FIG. 1A shows an embodiment of a light-emitting device.
  • the light-emitting device has a first light-emitting
  • the light-emitting device emits a mixed light which is superimposed on the semiconductor components 1, 2, 3 in each case during operation
  • the housing 4 has a housing body 40 made of a plastic and a leadframe which is led out of the housing body 40 in the form of electrical terminals 41.
  • the housing body 40 made of a plastic and a leadframe which is led out of the housing body 40 in the form of electrical terminals 41.
  • Connections 41 may be provided in order to be able to drive and operate the semiconductor components 1, 2, 3 separately.
  • the light-emitting device may further comprise a current-regulating component (not shown) which can regulate the current impressed on each of the semiconductor components 1, 2, 3.
  • the current-regulating component can also be arranged within the housing 4.
  • the housing body 40 further has a recess 42, in which the semiconductor devices 1, 2, 3 are arranged and which may have, for example, reflective side surfaces to the light emitting from the
  • Semiconductor devices 1, 2, 3 radiated light in a preferred radiation range are semiconductor devices 1, 2, 3 radiated light in a preferred radiation range.
  • an optical element such as an optical diffuser in the form of a scattering film or
  • the light-emitting semiconductor components 1, 2, 3 may each also be present in a plurality.
  • the first light-emitting semiconductor device 1 has a semiconductor chip based on an InGaAlP or AlGaAs compound semiconductor material as described in the general part, and the quasi-monochromatic red light having a peak wavelength of greater than or equal to 600 nm and less than or equal to in operation 700 nm radiates.
  • Semiconductor component 2, 3 each has a semiconductor chip, which as described in the general part on a
  • InGaAlN compound semiconductor material is based and in operation emits quasi-monochromatic blue primary light.
  • the second and the third light-emitting semiconductor components 2, 3 each have a Wavelength conversion element, which converts a portion of the respective primary light into a longer-wavelength secondary light, so that each of the semiconductor devices 2, 3 emits an overlay of the respective primary light and the respective secondary light, wherein the second light
  • emissive semiconductor device 2 emitted light and the light emitted by the third light emitting semiconductor device 3 light different color coordinates coordinates
  • the respective wavelength conversion elements can be designed as described in the general part.
  • the second light-emitting semiconductor component 2 emit light
  • Color coordinate of the light emitted by the second light-emitting semiconductor device 2 is less than or equal to the chromaticity coordinate cy of the light emitted by the third light-emitting semiconductor component 3.
  • the second light-emitting semiconductor component 2 is thus designed as a low converted blue LED, while the third light-emitting semiconductor component 3 is designed as a strongly converted blue LED.
  • FIG. 1B shows a light-emitting device according to a further exemplary embodiment, which in comparison with the exemplary embodiment of FIG. 1A has the first, second and third semiconductor components 1, 2, 3, each in its own housing.
  • the semiconductor devices 1, 2, 3 are thus designed as individual LEDs and can, for example, on a common carrier, indicated by the
  • the carrier may be, for example, a circuit board.
  • the light-emitting semiconductor devices 1, 2, 3 and the light-emitting device of the embodiment in Figure 1B may have further features as described in connection with the embodiments of Figures 1A, 2 and 3 and / or as described in the general part.
  • FIGS. 2 and 3 each show the CIE standard color chart, in which the white line 90 of a Planck 'is seen
  • the reference numerals 21 and 31 in FIGS. 2 and 3 show the color locus of the first light-emitting element
  • Semiconductor device 1 characterized.
  • the second light emits light
  • Semiconductor device 2 emits light whose color locus (cx, cy) lies in a polygonal region 22 in the CIE standard color chart which covers the corners at the chromaticity coordinates (0.15, 0.25), (0.25, 0.20), (0.40, 0.43) and (0.20, 0.45).
  • the third light-emitting semiconductor device 3 radiates light whose color locus (cx, cy) is in a polygonal region 23 in the CIE standard color chart with the corners at the
  • the second and third light-emitting semiconductor components preferably emit primary light having a peak wavelength in the range of greater than or equal to 430 nm and less than or equal to 480 nm, and preferably of approximately 445 nm.
  • the light emitted by the light-emitting device can be controlled by controlling the respective operating currents.
  • Mixed light color coordinates have along the white curve 90.
  • the mixed light can be controlled in a color temperature range with a size of greater than or equal to 500 K in a range of greater than or equal to 2400 K and less than or equal to 6500 K. Im shown
  • the area 24 indicates the preferred color location of the superimposition of the second and third lights
  • the second light-emitting semiconductor component emits light which lies in a region 32 with color locations (cx, cy) for which 0.20 ⁇ cx ⁇ 0.31 and 0.1 ⁇ cy ⁇ 0.32 while the third semiconductor light-emitting device emits light located in a region 33 having color loci (cx, cy) for which 0.35 ⁇ cx ⁇ 0.45 and 0.44 ⁇ cy ⁇ 0.61, wherein the Area 33 contains only those chromaticity coordinates that are within the hoof-shaped area and can be assigned to possible colors, which is indicated by the region 33 bounding the solid and dotted line.
  • an RBW combination described above was used with a blue LED with a peak wavelength at 470 nm and a green-converted LED with a variable color coordinate cx.
  • Color temperature range of the radiated mixed light from 2400 K to 5000 K for the light described here
  • the red luminous flux component was in each case a CCT-dependent multiple of the respectively specified luminous flux of the second and third light-emitting
  • predetermined color temperature ranges allows a higher minimum luminous flux compared to known white light solutions.

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Abstract

Es wird eine licht emittierende Vorrichtung mit zumindest einem ersten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (1), das im Betrieb rotes Licht abstrahlt, zumindest einem zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (2) mit einem Wellenlängenkonversionselement und zumindest einem dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (3) mit einen Wellenlängenkonversionselement angegeben, wobei das zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement (2, 3) jeweils blaues Primärlicht und konvertiertes Sekundärlicht abstrahlen und die jeweilige Überlagerung des Primär- und Sekundärlichts des zweiten und dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelements (2, 3) unterschiedliche Farbortkoordinaten aufweist.

Description

Beschreibung
Licht emittierende Vorrichtung
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 013 504.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Licht emittierende Dioden (LEDs) werden heutzutage vielfach für Beleuchtungszwecke eingesetzt. Da LEDs typischerweise schmalbandiges , einfarbiges Licht erzeugen, das ein quasi¬ monochromatisches Spektrum aufweist, müssen zur Erzeugung von weißem Licht mehrere verschiedenfarbige LEDs oder eine oder mehrere LEDs mit einem zusätzlichen Wellenlängen
konvertierenden Farbstoff kombiniert werden.
Eine übliche Kombination von LEDs zur Erzeugung weißen Lichts umfasst quasi-monochromatische rote LEDs mit einer Peak- Wellenlänge im Bereich von etwa 600 bis 700 nm, quasi¬ monochromatische grüne LEDs mit einer Peak-Wellenlänge im Bereich von etwa 530 bis 570 nm und quasi-monochromatische blaue LEDs mit einer Peak-Wellenlänge im Bereich von etwa 440 bis 475 nm. Zu dieser sogenannten RGB-Kombination können gegebenenfalls auch noch LEDs mit weiteren Farben hinzugefügt werden .
Weiterhin ist es auch bekannt, in einer sogenannten RBW- Kombination die vorgenannten roten und blauen LEDs mit einer oder mehreren weiß-konvertierten blauen LEDs zu kombinieren, die blaues Licht erzeugen und einen Farbstoff aufweisen, der durch einen Teil des blauen Lichts zur Abstrahlung von Licht mit längeren Wellenlängen angeregt wird, das in Überlagerung mit dem unkonvertierten Teil des blauen Lichts der LED weißes Licht ergibt.
Durch Veränderung der jeweils von den einzelnen LEDs
abgestrahlten Lichtintensitäten kann verschiedenfarbiges Mischlicht, beispielsweise auch weißes Licht mit
verschiedenen Farbtemperaturen, erzeugt werden. Dabei werden jedoch die einzelnen LEDs je nach der zu erzielenden
Mischfarbe üblicherweise mit geringen Intensitäten betrieben, wodurch die Gesamtintensität des Mischlichts niedrig ist. Zur Erreichung eines gewissen Lichtstroms kann dadurch
erforderlich sein, eine größere Anzahl von LEDs zu verwenden, wodurch die Gesamtkosten für die LEDs steigen.
Es ist auch bekannt, zumindest zwei oder mehrere wei߬ konvertierte LEDs zu kombinieren, die jeweils einen Farbort aufweisen, der auf oder nahe der Weißkurve eines Planck' sehen Schwarzkörperstrahlers liegen. Die Farborte und die Weißkurve beziehen sich dabei auf die bekannte CIE-1931-Farborttafel beziehungsweise CIE-Normfarbtafel . Bei einer solchen
Kombination mit weiß-konvertierten LEDs kann es jedoch vorkommen, dass die Überlagerung des jeweils abgestrahlten weißen Lichts selbst nicht auf der Weißkurve liegt oder zumindest Bereiche auf der Weißkurve nicht erreichbar sind, insbesondere wenn nur zwei verschiedene weiß emittierende LEDs oder LED-Gruppen verwendet werden.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es, eine Licht emittierende Vorrichtung anzugeben, das im Betrieb Licht mit mehreren Wellenlängen abstrahlen kann.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Licht
emittierende Vorrichtung zumindest drei Licht emittierende Halbleiterbauelemente auf, die voneinander
verschiedenfarbiges Licht abstrahlen.
Sichtbares Licht kann hier und im Folgenden beispielsweise durch seinen Farbort mit cx- und cy-Farbortkoordinaten gemäß der einem Fachmann bekannten so genannten CIE-1931- Farborttafel beziehungsweise CIE-Normfarbtafel
charakterisierbar sein. Verschiedenfarbiges Licht kann dabei Licht mit unterschiedlichen Farbortkoordinaten sein.
Als weißes Licht oder Licht mit einem weißen Leucht- oder Farbeindruck kann hier und im Folgenden Licht mit einem
Farbort bezeichnet werden, der dem Farbort eines Planck' sehen Schwarzkörperstrahlers entspricht oder um weniger als 0,23 und bevorzugt um weniger als 0,07 in cx- und/oder cy- Farbortkoordinaten vom Farbort eines Planck' sehen
Schwarzkörperstrahlers abweicht.
Weiterhin kann als „warmweiß" hier und im Folgenden ein
Leuchteindruck bezeichnet sein, der eine Farbtemperatur von kleiner oder gleich 4000 K, was auch als „neutral-weiß" bezeichnet werden kann, und bevorzugt kleiner oder gleich 3500 K aufweist. Weiterhin kann als warmweiße Farbtemperatur eine Farbtemperatur kleiner oder gleich den vorgenannten Werten und größer oder gleich 2000 K und besonders bevorzugt größer oder gleich 2400 K bezeichnet sein. Als „kaltweiß" kann hier und im Folgenden ein weißer Leuchteindruck
bezeichnet sein, der eine Farbtemperatur von größer als 5500 K aufweist. Der Begriff „Farbtemperatur" kann hier und im Folgenden die Farbtemperatur eines Planck' sehen
Schwarzkörperstrahlers bezeichnen oder auch die dem Fachmann bekannte so genannte korrelierte Farbtemperatur („correlated color temperature" , CCT) im Falle eines weißen Leuchteindrucks im oben beschriebenen Sinne, der durch
Farbortkoordinaten charakterisiert werden kann, die von den Farbortkoordinaten der Planck' sehen Schwarzkörperstrahler abweichen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist ein Licht
emittierendes Halbleiterbauelement einen Halbleiterchip mit einer Epitaxieschichtenfolge auf, also einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise kann zumindest eines der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente der Licht emittierenden Vorrichtung einen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von InGaAlN aufweisen. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch
hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine
Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten
aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweist. Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InGaAlN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich und besonders bevorzugt in einem blauen Wellenlängenbereich emittieren.
Weiterhin kann zumindest ein Licht emittierendes
Halbleiterbauelement auch einen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InGaAlP aufweisen, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine
Einzelschicht ein Material aus dem III-V-
Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweist. Alternativ oder
zusätzlich kann zumindest ein Licht emittierendes
Halbleiterbauelement eine Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einer Schicht basierend auf dem
Verbindungshalbleitermaterialsystem AlGaAs aufweisen.
Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlP oder AlGaAs aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetisch Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten Wellenlängenbereich emittieren.
Insbesondere können die Halbleiterschichtenfolgen der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente quasi-monchromatisches Licht abstrahlen, also schmalbandiges , einfarbiges Licht, dessen spektrale Breite üblicherweise im Bereich von einigen 10 nm liegt und durch die Zusammensetzung und den Aufbau der Halbleiterschichtenfolge bedingt ist.
Weiterhin kann zumindest eines der Licht emittierenden
Halbleiterbauelemente ein Wellenlängenkonversionselement mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen, der auf oder über einem Halbleiterchip aufgebracht ist. Der Wellenlängenkonversionsstoff kann geeignet sein, zumindest einen Teil des vom Halbleiterchip emittierten Lichts, das hier und im Folgenden auch als Primärlicht bezeichnet wird, in langwelligeres Licht zu konvertieren, das hier und im Folgenden auch als Sekundärlicht bezeichnet wird. Die
Konversion kann besonders bevorzugt lediglich einen Teil des vom Halbleiterchip emittierten Primärlichts betreffen, so dass ein Halbleiterbauelement mit einem
Wellenlängenkonversionselement eine Überlagerung aus
konvertiertem und unkonvertiertem Licht abstrahlen kann. Der Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei einen oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, beispielsweise YAG:Ce3+, Nitride, Nitridosilikate, Sione, Sialone,
Aluminate, Oxide, Halophosphate, Orthosilikate, Sulfide, Vanadate und Chlorosilikate . Weiterhin kann der
Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ ein organisches Material umfassen, das aus einer Gruppe
ausgewählt sein kann, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Das
Wellenlängenkonversionselement kann geeignete Mischungen und/oder Kombinationen der genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, dass das
Wellenlängenkonversionselement in einem blauen ersten
Wellenlängenbereich absorbiert und in einem zweiten
Wellenlängenbereich emittiert, der grüne und rote
Wellenlängen und/oder gelbe Wellenlängenbereiche aufweist.
Weiterhin kann ein Wellenlängenkonversionselement ein
transparentes Matrixmaterial umfassen, das den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe umgibt oder enthält oder das an den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe chemisch gebunden ist. Das transparente Matrixmaterial kann beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit
aufweisen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein
Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polystyrol,
Polycarbonat , Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen oder sein . Ein Wellenlängenkonversionselement kann auf einem Halbleiterchip eines Licht emittierenden
Halbleiterbauelements in Form einer direkt aufgebrachten Schicht oder eines Plättchens angeordnet sein. Alternativ dazu kann ein Wellenlängenkonversionselement auch durch einen Verguss oder einen Teil eines Vergusses ausgebildet sein, in dem der Halbleiterchip eines Licht emittierenden
Halbleiterbauelements eingebettet ist.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Licht
emittierende Vorrichtung zumindest ein erstes Licht
emittierendes Halbleiterbauelement auf, das im Betrieb rotes Licht abstrahlt.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das erste
Halbleiterbauelement einen ersten Halbleiterchip auf, der rotes Licht emittiert. Dazu kann der erste Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge aufweisen, die auf einem
Phosphid- oder Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial , also insbesondere einem oben beschriebenen InGaAlP- oder AlGaAs- Verbindungshalbleitermaterial basiert. Insbesondere kann das erste Licht emittierende Halbleiterbauelement einen
Halbleiterchip aufweisen, der ohne nachgeordnetes
Wellenlängenkonversionselement direkt das rote Licht mit einer quasi-monochromatischen spektralen Verteilung erzeugen kann .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das vom ersten Halbleiterbauelement emittierte rote Licht eine so genannte Peak-Wellenlänge in einem Bereich von größer oder gleich 600 nm und kleiner oder gleich 700 nm auf. Mit „Peak-Wellenlänge" wird hier und im Folgenden diejenige Wellenlänge des von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement oder einem Halbleiterchip emittierten Lichts bezeichnet, bei der die spektrale Verteilung des emittierten Lichts ein globales Maximum aufweist.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Licht
emittierende Vorrichtung zumindest ein zweites Licht
emittierendes Halbleiterbauelement mit einem
Wellenlängenkonversionselement und zumindest ein drittes Licht emittierendes Halbleiterbauelement mit einem
Wellenlängenkonversionselement auf, wobei das zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement jeweils blaues Primärlicht und konvertiertes Sekundärlicht abstrahlen und die jeweilige Überlagerung des Primär- und Sekundärlichts des zweiten und dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelements unterschiedliche Farbortkoordinaten aufweist. Das jeweilige Wellenlängenkonversionselement kann gemäß einem der oben genannten Aus führungs formen ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ergibt die Überlagerung des jeweils von den Halbleiterbauelementen abgestrahlten Lichts weißes Licht.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weisen das zweite und das dritte Halbleiterbauelement jeweils zumindest einen
Halbleiterchip auf, der blaues Primärlicht emittiert. Dazu kann der jeweilige Halbleiterchip insbesondere eine
Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialsystem, also einem oben
beschriebenen InGaAlN-VerbindungshalbleitermaterialSystem, aufweisen. Das blaue, vom zweiten und/oder dritten
Halbleiterbauelement abgestrahlte Primärlicht kann eine Peak- Wellenlänge aufweisen, die in einem Bereich von größer oder gleich 430 nm und kleiner oder gleich 480 nm und bevorzugt größer oder gleich 445 nm und kleiner oder gleich 470 nm liegt . Gemäß einer weiteren Aus führungs form strahlt das zweite Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das in einem Farbortbereich mit den Farbortkoordinaten (cx, cy) liegt mit cy < 0,45. In einer besonders bevorzugten Aus führungs form strahlt das zweite Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, der in einem mehreckigen Bereich in der CIE-Normfarbtafel liegt mit den Ecken bei den Farbortkoordinaten (0,15, 0,25), (0,25, 0,20), (0,40, 0,43) und (0,20, 0,45) . In einer weiteren besonders bevorzugt Aus führungs form strahlt das zweite Licht
emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, für den gilt: 0,20 < cx ^ 0,31 und 0,1 < cy < 0, 32.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form strahlt das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das in einem
Farbortbereich mit den Farbortkoordinaten (cx, cy) liegt mit cy > 0,37. In einer besonders bevorzugten Aus führungs form strahlt das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, der in einem mehreckigen Bereich in der CIE-Normfarbtafel liegt mit den
Ecken bei den Farbortkoordinaten (0,20, 0,40), (0,37, 0,37), (0,52, 0,48) und (0,22, 0,75) . In einer weiteren besonders bevorzugten Aus führungs form strahlt das dritte Licht
emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, für den gilt: 0,35 < cx ^ 0,45 und 0,44 < cy < 0,61. Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist die
Farbortkoordinate cy des vom zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement emittierten Lichts kleiner oder gleich der Farbortkoordinate cy des vom dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement emittierten Lichts. Dies kann
insbesondere in Kombination mit den vorab genannten
Farbortkoordinatenbereichen gelten .
Durch die Kombination der hier beschriebenen ersten, zweiten und dritten Halbleiterbauelemente und insbesondere durch die zwei unterschiedlich stark konvertierten zweiten und dritten Halbleiterbauelemente in Verbindung mit dem rot emittierenden ersten Halbleiterbauelement kann im Vergleich zu den
bekannten LED-Kombinationen aus dem Stand der Technik eine höhere Effizienz in Lumen pro Watt erzielt werden. Weiterhin kann ein höherer Farbwiedergabeindex („color rendering index", CRI), insbesondere im Vergleich zur oben
beschriebenen RGB-Kombination aus dem Stand der Technik, erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind die Licht
emittierenden Halbleiterbauelemente auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Der Träger kann beispielsweise durch ein Gehäuse und/oder einen Leiterrahmen und/oder eine Leitplatte gebildet sein, auf dem die Licht emittierenden
Halbleiterbauelemente montiert und elektrisch angeschlossen sind. Die Licht emittierende Vorrichtung kann dabei als so genannte LED-Multichip-Komponente ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Licht
emittierende Vorrichtung eine Mehrzahl von ersten Licht emittierenden Halbleiterbauelementen und/oder eine Mehrzahl von zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelementen und/oder eine Mehrzahl von dritten Licht emittierenden
Halbleiterbauelementen aufweisen .
Beispielsweise kann das Gehäuse einen Kunststoff aufweisen, insbesondere ein Thermoplast oder ein Duroplast, das
beispielsweise durch einen Formprozess wie etwa
Spritzpressen, Spritzgießen, Formpressen, oder eine
Kombination daraus herstellbar ist. Der Kunststoff kann dabei ein Silikon und/oder ein Epoxidharz aufweisen oder auch ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial . Weiterhin kann das Gehäuse auch ein Keramikgehäuse sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der Träger eine oder mehrere optische Komponenten wie etwa einen Reflektor und/oder ein Licht streuendes und/oder brechendes Element auf, die den Licht emittierenden Halbleiterbauelementen gemeinsam zugeordnet sind. Das Licht streuende und/oder brechende Element kann beispielsweise ein optischer Diffusor in Form einer Streuplatte oder Streufolie mit streuenden Volumen- und/oder Oberflächenelementen wie etwa
Streupartikeln und/oder einer Oberflächenaufrauung sein, der den Halbleiterbauelementen gemeinsam nachgeordnet ist. Durch die optische Komponente kann durch die erreichbare
Durchmischung des von den Halbleiterbauelementen jeweils abgestrahlten Lichts eine hohe räumliche Farbhomogenität des von der Licht emittierenden Vorrichtung abgestrahlten
Mischlichts erreichbar sein.
Weist die Licht emittierende Vorrichtung beispielsweise ein Gehäuse auf, in dem die Halbleiterbauelemente angeordnet sind, so kann das optische Element insbesondere als Abdeckung der Halbleiterbauelemente dienen. Alternativ dazu kann es auch möglich sein, dass die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente jeweils in einzelnen Gehäusen oder auf separaten Trägern angeordnet sind. Die Licht emittierende Vorrichtung kann dabei aus der Kombination von Einzel-LEDs gebildet sein oder diese umfassen.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Licht
emittierende Vorrichtung ein Strom regelndes Bauelement auf, das den jeweiligen Betriebsstrom der Halbleiterbauelemente regelt. Das Strom regelnde Bauelemente kann beispielsweise weiterhin auch Licht- und/oder Temperatursensoren aufweisen, mittels derer das abgestrahlte Mischlicht hinsichtlich seines Farborts und/oder seiner Helligkeit aktiv auf einen
gewünschten Wert stabilisiert und geregelt werden kann. Durch das Strom regelnde Bauelement kann insbesondere auch eine Durchstimmbarkeit des von der Licht emittierenden Vorrichtung abgestrahlten Mischlichts möglich sein, besonders bevorzugt entlang der Weißkurve in der CIE-Normfarbtafel .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann das von der Licht emittierenden Vorrichtung abgestrahlte Mischlicht, das durch eine Überlagerung des von den ersten, zweiten und dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelementen abgestrahlten Lichts gebildet wird, in einem Bereich entlang der Weißkurve eines Planck' sehen Schwarzkörperstrahlers regelbar sein.
Insbesondere kann der Bereich einen Farbtemperaturbereich von zumindest größer oder gleich 3000 K oder größer oder gleich 2700 K oder auch größer oder gleich 2400 K und kleiner oder gleich 4000 K oder auch kleiner oder gleich 5000 K oder auch kleiner oder gleich 6500 K umfassen, in dem das Mischlicht gezielt einstellbar ist. Mit Farbtemperaturbereich kann hierbei ein Bereich von Farbtemperaturen oder korrelierten Farbtemperaturen (CCT) bezeichnet sein. Besonders bevorzugt kann das Mischlicht in einem Farbtemperaturbereich mit einer Größe von größer oder gleich 500 K in einem Bereich von größer oder gleich 2400 K und kleiner oder gleich 6500 K regelbar sein.
Für einen fest definierten Farbtemperaturbereich, der etwa durch die Anwendung der Licht emittierenden Vorrichtung beispielsweise als Beleuchtungseinrichtung vorgegeben sein kann, kann der minimale Lichtstrom, der für eine
Farbtemperatur innerhalb des Bereichs erzielt werden kann, die zu maximierende Größe sein. Mit anderen Worten soll der niedrigste Lichtstrom innerhalb des vorgegebenen
Farbtemperaturbereichs möglichst hoch sein. Durch die
Kombination der hier beschriebenen zweiten und dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelemente, insbesondere der oben genannten Farbortbereiche für diese, mit dem ersten Licht emittierenden Halbleiterbauelement können die einzelnen
Halbleiterbauelemente bei jeder gewünschten Farbtemperatur in den vorgenannten Bereichen bei einem im Vergleich zu den bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik hohen Lichtstrom betrieben werden. Insbesondere konnte festgestellt werden, dass im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Weißlichtlösungen die Steigerung des minimalen Lichtstroms besonders dann groß ausfällt, wenn eine geringe Anzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen jeder der drei Klassen verwendet wird. Beispielsweise wurde festgestellt, dass bei der Verwendung nur eines ersten, nur eines zweiten und nur eines dritten Halbleiterbauelements im Vergleich zu den bekannten Lösungen mit einer blau emittierenden LED und mit ebenfalls jeweils nur einer LED pro Farbe der minimale Lichtstrom pro CCT des nicht-roten Anteils um beinahe 30% höher ausfallen kann. Durch die hier beschriebene Kombination der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente der Licht emittierenden Vorrichtung können die einzelnen Licht emittierenden
Halbleiterbauelemente somit bei verschiedenen Mischfarben der Licht emittierenden Vorrichtung jeweils mit hohen
Lichtströmen betrieben werden, wodurch die hier beschriebene Vorrichtung im Vergleich zu den bekannten Mischlichtlösungen, also beispielsweise zu den oben beschriebenen RGB- oder RBW- Kombinationen, eine deutlich höhere AbStrahlungsintensität aufweisen kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Aus führungs formen und
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im
Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Aus führungs formen .
Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Darstellung einer Licht
emittierenden Vorrichtung gemäß einem
Aus führungsbeispiel ,
Figur 1B eine schematische Darstellung einer Licht
emittierenden Vorrichtung gemäß einem weiteren
Aus führungsbeispiel ,
Figuren 2 und 3 schematische Darstellungen von
Farbortbereichen von Halbleiterbauelementen von Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen und
Figuren 4A bis 5B Simulationsrechnungen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung gezeigt. Die Licht emittierende Vorrichtung weist ein erstes Licht emittierendes
Halbleiterbauelement 1, ein zweites Licht emittierendes
Halbleiterbauelement 2 und ein drittes Licht emittierendes Halbleiterbauelement 3 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse 4 als gemeinsamer Träger angeordnet und elektrisch
kontaktiert sind. Die Licht emittierende Vorrichtung strahlt im Betrieb ein Mischlicht ab, das eine Überlagerung des von den Halbleiterbauelementen 1, 2, 3 jeweils im Betrieb
abgestrahlten Lichts ist und das weiß ist. Das Gehäuse 4 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel einen aus einem Kunststoff gefertigten Gehäusekörper 40 und einen Leiterrahmen auf, der in Form von elektrischen Anschlüssen 41 aus dem Gehäusekörper 40 herausgeführt ist. Insbesondere können für jedes Halbleiterbauelement 1, 2, 3 eigene
Anschlüsse 41 vorgesehen sein, um die Halbleiterbauelemente 1, 2, 3 getrennt ansteuern und betreiben zu können. Hierzu kann die Licht emittierende Vorrichtung weiterhin ein Strom regelndes Bauelement (nicht gezeigt) aufweisen, das den jeweils den Halbleiterbauelementen 1, 2, 3, aufgeprägten Strom regeln kann. Das Strom regelnde Bauelement kann auch innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet sein. Der Gehäusekörper 40 weist weiterhin eine Vertiefung 42 auf, in der die Halbleiterbauelemente 1, 2, 3 angeordnet sind und die beispielsweise reflektierende Seitenflächen aufweisen kann, um das von den Licht emittierenden
Halbleiterbauelementen 1, 2, 3 abgestrahlte Licht in einen bevorzugten Abstrahlungsbereich zu lenken.
Weiterhin kann den Halbleiterbauelementen 1, ,2, 3,
zusätzlich auch noch ein optisches Element wie beispielsweise ein optischer Diffusor in Form einer Streufolie oder
Streuplatte nachgeordnet sein (nicht gezeigt) , um das von den Halbleiterbauelementen 1, 2, 3 im Betrieb abgestrahlte Licht zu durchmischen und so eine Abstrahlung des Mischlichts mit einem räumlich homogenen Farbort zu ermöglichen.
Die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 1, 2, 3 können jeweils auch in einer Mehrzahl vorhanden sein.
Das erste Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterchip auf, der wie im allgemeinen Teil beschrieben auf einem InGaAlP- oder AlGaAs- Verbindungshalbleitermaterial basiert und der im Betrieb quasi-monochromatisches rotes Licht mit einer Peak- Wellenlänge von größer oder gleich 600 nm und kleiner oder gleich 700 nm abstrahlt.
Das zweite und dritte Licht emittierenden
Halbleiterbauelement 2, 3 weist jeweils einen Halbleiterchip auf, der wie im allgemeinen Teil beschrieben auf einem
InGaAlN-Verbindungshalbleitermaterial basiert und im Betrieb quasi-monochromatisches blaues Primärlicht abstrahlt.
Weiterhin weisen das zweite und das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement 2,3 jeweils ein Wellenlängenkonversionselement auf, das einen Teil des jeweiligen Primärlichts in ein langwelligeres Sekundärlicht umwandelt, so dass jedes der Halbleiterbauelemente 2, 3 eine Überlagerung des jeweiligen Primärlichts und des jeweiligen Sekundärlichts abstrahlt, wobei das vom zweiten Licht
emittierenden Halbleiterbauelement 2 emittierte Licht und das vom dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement 3 emittierte Licht unterschiedliche Farbortkoordinaten
aufweist .
Die jeweiligen Wellenlängenkonversionselemente können wie im allgemeinen Teil beschrieben ausgeführt sein.
In einem Ausführungsbeispiel strahlen das zweite Licht emittierende Halbleiterbauelement 2 Licht mit
Farbortkoordinaten (cx, cy) mit cy ^ 0,45 und das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement 3 Licht mit
Farbortkoordinaten (cx, cy) mit cy ^ 0,37 ab, wobei die
Farbortkoordinate cy des vom zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement 2 emittierten Lichts kleiner oder gleich der Farbortkoordinate cy des vom dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement3 emittierten Lichts ist.
Das zweite Licht emittierende Halbleiterbauelement 2 ist somit als gering konvertierte blaue LED ausgeführt, während das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement 3 als stark konvertierte blaue LED ausgeführt ist.
Weitere Ausführungsbeispiele für das erste, zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement 1, 2, 3 und das jeweils von diesen abgestrahlte Licht, das sich besonders für die hier beschriebene Licht emittierende Vorrichtung eignet, sind in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 gezeigt. In Figur 1B ist eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figur 1A das erste, zweite und dritte Halbleiterbauelement 1, 2, 3 jeweils in einem eigenen Gehäuse aufweist. Die Halbleiterbauelemente 1, 2, 3 sind somit als Einzel-LEDs ausgeführt und können beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger, angedeutet durch die
gestrichelte Line, angeschlossen und montiert werden, der Träger kann beispielsweise eine Leiterplatte sein.
Die Licht emittierenden Halbleiterbauelemente 1, 2, 3 und die Licht emittierende Vorrichtung des Ausführungsbeispiels in Figur 1B kann weitere Merkmale wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispielen der Figuren 1A, 2 und 3 und/oder wie im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen.
In den Figuren 2 und 3 ist jeweils die CIE-Normfarbtafel dargestellt, in der die Weißkurve 90 eines Planck' sehen
Schwarzkörperstrahlers, der mathematische Weißpunkt E mit den Farbortkoordinaten cx=cy=0,33 sowie mit den Bezugszeichen 91, 92, 93 und 94 die Farbtemperaturen 2500 K, 4000 K, 5000 K und 6500 K gekennzeichnet sind. Mit den Bezugszeichen 21 und 31 ist in den Figuren 2 und 3 der Farbortbereich des ersten Licht emittierenden
Halbleiterbauelements 1 gekennzeichnet.
In dem Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit Figur 2 gezeigt ist, strahlt das zweite Licht emittierende
Halbleiterbauelement 2 Licht ab, dessen Farbort (cx, cy) in einem mehreckigen Bereich 22 in der CIE-Normfarbtafel liegt, der die Ecken bei den Farbortkoordinaten (0,15, 0,25), (0,25, 0,20), (0,40, 0,43) und (0,20, 0,45) aufweist. Das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement 3 strahlt Licht ab, dessen Farbort (cx, cy) in einem mehreckigen Bereich 23 in der CIE-Normfarbtafel liegt mit den Ecken bei den
Farbortkoordinaten (0,20, 0,40), (0,37, 0,37), (0,52, 0,48) und (0,22, 0,75) . Dabei ist die Farbortkoordinate cy des vom zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement 2
emittierten Lichts kleiner oder gleich der Farbortkoordinate cy des vom dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement 3 emittierten Lichts. Das zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement strahlen dabei bevorzugt Primärlicht mit einer Peak-Wellenlänge im Bereich von größer oder gleich 430 nm und kleiner oder gleich 480 nm und bevorzugt von etwa 445 nm ab .
Durch eine Regelung der jeweiligen Betriebsströme kann das von der Licht emittierenden Vorrichtung abgestrahlte
Mischlicht Farbortkoordinaten aufweisen, die entlang der Weißkurve 90 liegen. Bevorzugt kann das Mischlicht in einem Farbtemperaturbereich mit einer Größe von größer oder gleich 500 K in einem Bereich von größer oder gleich 2400 K und kleiner oder gleich 6500 K regelbar sein Im gezeigten
Ausführungsbeispiel sind die besonders bevorzugten
Farbortkoordinaten des Mischlichts mit dem Bezugzeichen 25 gekennzeichnet, die in einem Farbtemperaturbereich von größer oder gleich etwa 2500 K und kleiner oder gleich etwa 4000 K liegen. Der Bereich 24 kennzeichnet den bevorzugten Farbort der Überlagerung des vom zweiten und dritten Licht
emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Lichts und weist Eckpunkte bei den Farbortkoordinaten (0,20, 0,35), (0, 30, 0, 30), (0, 42, 0, 52) und (0, 25, 0, 60) auf. Alternativ zum gezeigten Mischlicht-Farbtemperaturbereich 25 kann dieser beispielsweise auch zwischen 2400 K und 5000 K liegen und allgemein durch eine niedrigste Farbtemperatur im Bereich von 2400 K bis 4000 K und eine höchste Farbtemperatur in einem Bereich von 4000 K bis 6500 K liegen.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 strahlt das zweite Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht ab, das in einem Bereich 32 mit Farborten (cx, cy) liegt, für die 0,20 < cx ^ 0,31 und 0,1 < cy ^ 0,32 gilt, während das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement Licht abstrahlt, das in einem Bereich 33 mit Farborten (cx, cy) liegt, für die 0,35 < cx ^ 0,45 und 0,44 < cy ^ 0,61 gilt, wobei der Bereich 33 nur diejenigen Farbortkoordinaten enthält, die innerhalb des hufeinsenförmigen Bereichs liegen und möglichen Farben zugeordnet werden können, was durch die den Bereich 33 begrenzende durchgezogene und gepunktete Linie angedeutet ist . Um die Effizienz der hier beschriebenen Licht emittierenden
Vorrichtungen mit bekannten Weißlichtlösungen zu vergleichen, wurden Simulationsrechnungen durchgeführt, wobei ein zweites Licht emittierendes Halbleiterbauelement, das Licht mit einer Farbortkoordinate cy im Bereich 22 oder 32 der Figuren 2 und 3 mit einer variablen Farbortkoordinate cxl abstrahlt, und ein drittes Licht emittierendes Halbleiterbauelement, das Licht mit einer Farbortkoordinate cy im Bereich 23 oder 33 der Figuren 2 und 3 mit einer variablen Farbortkoordinate cx2 abstrahlt, herangezogen wurden.
Zum Vergleich wurde eine oben beschriebene RBW-Kombination herangezogen mit einer blauen LED mit einer Peak-Wellenlänge bei 470 nm und einer grünlich-konvertierten LED mit einer variablen Farbortkoordinate cx .
In beiden Fällen wurden ein maximaler Betriebsstrom von 1 A und dasselbe rot emittierende erste Halbleiterbauelement angenommen .
Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen sind in den Figuren 4A bis 5B gezeigt.
Es wurde ermittelt, dass für eine Abdeckung eines
Farbtemperaturbereichs des abgestrahlten Mischlichts von 2400 K bis 5000 K für die hier beschriebene Licht
emittierende Vorrichtung ein minimaler Lichtstrom PhiV_min von 383 Im für das zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement für cxl = 0,27 und cx2 = 0,40 erreicht werden kann, während im Fall der RBW-Kombination aus dem Stand der Technik für die blaue und grünlich-weiß
konvertierte LED ein minimaler Lichtstrom PhiV_min von lediglich 333 Im für cx = 0,39 erreicht werden kann, was einer Steigerung von 15% im Vergleich zum Stand der Technik entspricht (siehe Figuren 4A und 4B, der Pfeil kennzeichnet jeweils den angegebenen Wert für der minimalen Lichtstrom, die Legende in Figur 4A gibt Bereich für PhiV_min in Lumen an) .
Zur Abdeckung eines Farbtemperaturbereichs von 2700 K bis 4000 K wurden für die hier beschriebene Licht emittierende Vorrichtung ein minimaler Lichtstrom PhiV_min von 449 Im für cxl = 0,28 und cx2 = 0,405 im Vergleich zu 365 Im für cx = 0,40 für die bekannte RBW-Kombination jeweils für das zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement
beziehungsweise die blaue und die grünlich-weiß konvertierte LED ermittelt, was einer Steigerung von 23% entspricht (siehe Figuren 5A und 5B, der Pfeil kennzeichnet jeweils den
angegebenen Wert für der minimalen Lichtstrom, die Legende in Figur 5A gibt Bereich für PhiV_min in Lumen an) .
In beiden Fällen war der rote Lichtstromanteil jeweils ein CCT-abhängiges Vielfaches des jeweils angegebenen Lichtstroms des zweiten und dritten Licht emittierenden
Halbleiterbauelements beziehungsweise der blauen und
grünlich-weiß konvertierten LED.
Aus den Simulationsrechnung ergibt sich somit, dass die hier beschriebenen Kombinationen des ersten, zweiten und dritten Halbleiterbauelements bei gleichem Betriebstrom in
vorgegebenen Farbtemperaturbereichen einen höheren minimalen Lichtstrom im Vergleich zu bekannten Weißlichtlösungen ermöglicht .
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.

Claims

Patentansprüche
Licht emittierende Vorrichtung mit zumindest einem ersten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (1), das im Betrieb rotes Licht abstrahlt, zumindest einem zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (2) mit einem Wellenlängenkonversionselement und zumindest einem dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (3) mit einen Wellenlängenkonversionselement, wobei das zweite und dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement (2, 3) jeweils blaues Primärlicht und konvertiertes
Sekundärlicht abstrahlen und die jeweilige Überlagerung des Primär- und Sekundärlichts des zweiten und dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelements (2, 3) unterschiedliche Farbortkoordinaten aufweist.
Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch
das rote Licht quasi-monochromatisch ist.
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das rote Licht eine Peak-Wellenlänge in einem Bereich von größer oder gleich 600 nm und kleiner oder gleich 700 nm aufweist.
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das vom zweiten und/oder dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (2, 3) abgestrahlte blaue Primärlicht eine Peak-Wellenlänge aufweist, die in einem Bereich von größer oder gleich 430 nm und kleiner oder gleich 480 nm liegt.
5. Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Licht emittierende Halbleiterbauelement (2) Licht abstrahlt, das einen Farbort (cx, cy) aufweist mit cy ^ 0,45, und das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement (3) Licht abstrahlt, das einen Farbort (cx, cy) aufweist mit cy ^ 0,37, wobei die Farbortkoordinate cy des vom zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (2) emittierten Lichts kleiner oder gleich der Farbortkoordinate cy des vom dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (3) emittierten Lichts ist.
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Licht emittierende
Halbleiterbauelement (2) Licht abstrahlt, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, der in einem mehreckigen Bereich in der CIE-Normfarbtafel liegt mit den Ecken bei den Farbortkoordinaten (0,15, 0,25), (0,25, 0,20),
(0,40, 0,43) und (0,20, 0,45) und wobei das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement (3) Licht abstrahlt, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, der in einem mehreckigen Bereich in der CIE-Normfarbtafel liegt mit den Ecken bei den Farbortkoordinaten (0,20, 0,40),
(0,37, 0,37), (0,52, 0,48) und (0,22, 0,75) , wobei die Farbortkoordinate cy des vom zweiten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (2) emittierten Lichts kleiner oder gleich der Farbortkoordinate cy des vom dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (3) emittierten
Lichts ist.
Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Überlagerung des vom zweiten und dritten Licht emittierenden Halbleiterbauelement (2, 3) abgestrahlten Lichts in einem Farbortkoordinatenbereich liegt mit Eckpunkten bei den Farbortkoordinaten (0,20, 0,35), (0, 30, 0, 30), (0, 42, 0, 52) und (0, 25, 0, 60) .
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Licht emittierende
Halbleiterbauelement (2) Licht abstrahlt, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, für den 0,20 < cx ^ 0,31 und 0,1 < cy ^ 0,32 gilt, und wobei das dritte Licht emittierende Halbleiterbauelement (3) Licht abstrahlt, das einen Farbort (cx, cy) aufweist, für den 0,35 < cx ^ 0,45 und 0,44 < cy < 0,61 gilt.
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Licht emittierenden
Halbleiterbauelemente (1, 2, 3) auf einem gemeinsamen Träger, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse (4), angeordnet sind.
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Licht emittierenden
Halbleiterbauelemente (1, 2, 3) auf separaten Trägern, insbesondere in separaten Gehäusen, angeordnet sind.
Licht emittierende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfassend ein Strom regelndes Bauelement, das Betriebströme der Licht emittierenden Halbleiterbauelemente (1, 2, 3) derart regelt, dass ein von der Licht emittierenden Vorrichtung abgestrahltes Mischlicht entlang der Weißkurve (90) eines Planck' sehen Schwarzkörperstrahlers zumindest in einem
Farbtemperaturbereich mit einer Größe von größer oder gleich 500 K in einem Bereich von größer oder gleich 2400 K und kleiner oder gleich 6500 K regelbar ist.
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