WO2013060570A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil und streumittel - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil und streumittel Download PDF

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WO2013060570A1
WO2013060570A1 PCT/EP2012/069951 EP2012069951W WO2013060570A1 WO 2013060570 A1 WO2013060570 A1 WO 2013060570A1 EP 2012069951 W EP2012069951 W EP 2012069951W WO 2013060570 A1 WO2013060570 A1 WO 2013060570A1
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phosphor
matrix material
conversion element
refractive index
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Reiner Windisch
Hailing Cui
Gertrud KRÄUTER
Markus Schneider
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Definitions

  • Optoelectronic Semiconductor Device An optoelectronic semiconductor device is specified.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device and a scattering means therefor, with which a comparatively constant color emission can be realized in relation to temperature changes.
  • this comprises at least one
  • the optoelectronic semiconductor chip is provided for generating electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic semiconductor chip is provided for generating electromagnetic radiation.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the semiconductor layer sequence comprises at least one active layer which is used to generate an electromagnetic layer
  • the active layer contains at least one pn junction and / or at least one quantum well structure.
  • a radiation generated by the active layer in operation is in particular in the
  • Spectral range between 400 nm and 800 nm inclusive.
  • this includes a conversion element.
  • Conversion element is adapted to at least a portion of a radiation emitted by the semiconductor chip during operation radiation in a radiation of a different wavelength
  • the semiconductor chip emits blue light and the conversion element converts a part of this blue light into green and / or green-yellow and / or green-orange and / or red light.
  • the semiconductor component emits a mixed radiation
  • the mixed radiation is, for example, white light.
  • the conversion element includes one or more
  • the phosphors are based, for example, on a rare earth-doped garnet such as YAG: Ce
  • rare earth-doped orthosilicate such as (Ba, Sr ⁇ SiO 2 Si or a rare earth doped silicon oxynitride or silicon nitride such as (Ba, Sr) 2 Si5 Ng: Eu.
  • Several different phosphors may be mixed or spatially separated in the conversion element.
  • the conversion element comprises scattering particles.
  • Stray particles are set up due to a
  • the scattering particles preferably absorb no or substantially no radiation generated by the semiconductor chip or radiation converted by the conversion element. Furthermore, a material of the scattering particles may be permeable to the radiation generated by the semiconductor chip or converted by the conversion element. According to at least one embodiment, this includes
  • the Conversion element at least one matrix material.
  • the matrix material is, for example, a silicone, a silicone-epoxy hybrid material or an epoxide.
  • the matrix material is preferably transparent and transparent to those generated by the semiconductor chip and by the
  • the scattering particles are at least partially embedded in the matrix material. That is, all or part of the scattering particles are in direct contact with the body in places
  • Matrix material arranged.
  • a refraction difference between the matrix material and the material of the scattering particles at a temperature of 300 K is at most 0.15. It is possible that the
  • Refractive index difference is at most 0.10 or at most 0.07 or at most 0.05 or at most 0.03.
  • the refractive index difference between the matrix material and the material of the scattering particles at a temperature of 380 K and / or at a temperature of 400 K and / or at a temperature of 420 K is greater than at 300 K.
  • the refractive index difference increases, starting from room temperature, towards a steady-state operating temperature of the semiconductor chip. Due to an increase in the
  • the scattering particles have a larger scattering effect at elevated temperature than at room temperature.
  • this comprises one or more
  • the semiconductor device includes
  • a conversion element configured to apply at least a portion of radiation emitted by the semiconductor chip to radiation of a different wavelength
  • the conversion element has at least one phosphor and scattering particles and at least one
  • the scattering particles are partial or
  • Scattering particles are larger at a temperature of 380 K than at a temperature of 300 K.
  • the conversion element is thus deliberately added a material in the form of the scattering particles whose refractive index at
  • Matrix material lies. Furthermore, the scattering particles have a size, so that a light-scattering effect is achieved. Heating reduces the refractive index of the matrix material, which is in particular a silicone. If the refractive indices of the matrix material and the material of the scattering particles are close to each other at room temperature, this lowering of the refractive index of the matrix material leads to a strong change in the scattering effect of the scattering particles when the temperature increases.
  • the scattering particles have an average diameter of at least 50 nm or at least 250 nm or of
  • the average diameter of the scattering particles is at most 20 ym or at most 10 ym or at most 5.5 ym or at most 3 ym.
  • the scattering particles have comparatively large diameters.
  • the scattering particles, based on an average diameter are significantly larger than thixotropic agents.
  • the scattering particles can have a targeted distribution of the mean diameters.
  • the material of the scattering particles is a silicon dioxide, a glass, quartz, a silicon nitride or a metal fluoride such as barium fluoride, calcium fluoride or magnesium fluoride. It is possible that the scattering particles are formed from a plurality of said materials or that scattering particles consist of
  • the matrix material is a silicone or a silicone-epoxy hybrid material, wherein the refractive index of the matrix material at room temperature at least 1.38 or at least 1.40 and alternatively or additionally at most 1.54 or at most 1.50 or at most Is 1.48.
  • Room temperature here denotes a temperature of 300 K.
  • the refractive index of the matrix material is 1.41 or 1.46, with a tolerance of at most 0.01.
  • the refractive index of the semiconductor device at room temperature, the refractive index of the semiconductor device
  • Matrix material less than or equal to the refractive index of Scattering particles.
  • the matrix material has a reduction in the refractive index as the temperature increases and the material of the scattering particles increases the refractive index as the temperature increases, at least in a temperature range from 300 K to 400 K. It is also possible that the refractive index of the material of the scattering particles increases the temperature also decreases, but then
  • a refractive index change of the scattering particles is about 0.1 x ⁇ ⁇ - R R-1 to 1 x ⁇ ⁇ - R R-1 and is thus substantially negligible compared to the refractive index change of the matrix material which is a silicone.
  • Refractive index change of silicone is in the relevant temperature range about -4 x 10- ⁇ ⁇ ⁇ 1.
  • a weight proportion of the scattering particles, based on the matrix material or the entire conversion element is at least 0.5% or at least 1%. Alternatively or additionally, the proportion by weight is at most 50% or at most 20% or at most 12% or at most 5%.
  • the phosphor is in the form of particles.
  • average diameter of the phosphor particles is then for example at least 2 ym or at least 3 ym or at least 5 ym. Alternatively or additionally, the average diameter is at most 20 ym or at most 15 ym or at most 40 ym.
  • Semiconductor devices are the phosphor particles together with the scattering particles embedded in the matrix material.
  • the conversion element then preferably has exactly one
  • Phosphor particles and the scattering particles are mixed, in particular homogeneously mixed.
  • the phosphor particles are partially sedimented and the scattering particles homogeneously or substantially homogeneously distributed in the matrix material
  • the phosphor particles can also have an increased concentration on a side of the conversion element facing the semiconductor chip, and the scattering particles can be located on a side of the semiconductor chip facing away from the semiconductor chip
  • a weight fraction of the phosphor is based on the matrix material or based on the entire
  • Conversion element between 5% and 80% inclusive.
  • weight fraction is between inclusive
  • the phosphor particles have a larger average
  • the mean diameters differ by at least a factor of 2 or by at least a factor of 5 from each other. Furthermore, it is possible for a number of the scattering particles to exceed a number of the phosphor particles,
  • the phosphor and the scattering particles are un micmischt.
  • Phosphor particles in a first matrix material and the scattering particles in a second matrix material are formed into a compact layer and the matrix material with the scattering particles are applied to this layer. A distance between the scattering particles and the phosphor is in this case
  • the phosphor of the conversion element is formed by a single phosphor. Preferred is then the
  • Shaped a green emitting orthosilicate with the
  • the conversion element has a first phosphor and a second phosphor.
  • the first phosphor is intended to emit in the green and / or green-yellow spectral range.
  • the second phosphor is preferably designed to emit longer wavelength than the first phosphor, preferably in the red spectral range or in the red-orange spectral range.
  • the two different phosphors can be homogeneously mixed or follow one another in layers.
  • the first phosphor and the second phosphor are preferably in one of the following
  • the refractive index difference lies between the semiconductor device
  • Refractive index difference at 400 K is at least 0.075 or at least 0.065.
  • the refractive index difference changes from 300K to 400K
  • Scattering agent can be used in a conversion element, as indicated in one or more embodiments of the semiconductor chips described above.
  • the scattering means is arranged for a conversion element, wherein the
  • the scattering agent comprises a matrix material as well as scattering particles, which in the
  • Refractive index difference between the matrix material and a material of the scattering particles is smaller at a temperature of 300 K than at a temperature of 380 K.
  • FIGS 1 to 6 are schematic representations of
  • Figure 7 is a schematic representation of
  • Figure 8 is a schematic representation of Farbort in Heidelberg for different scattering particles.
  • the semiconductor device 1 comprises an optoelectronic semiconductor chip 2, which is mounted in a housing 4 in a recess.
  • the semiconductor chip 2 is preferably a
  • LED short LED that emits blue light.
  • the semiconductor device 1 includes a
  • Conversion element 3 which is arranged downstream of the semiconductor chip 2 along a radiation direction and, like the semiconductor chip 2, is located in the recess of the housing 4.
  • the conversion element 3 is adapted to a part of the radiation generated by the semiconductor chip 2 during operation absorb and convert it into a different, longer-wave radiation.
  • Conversion element 3 lens-shaped.
  • the conversion element 3 comprises a phosphor or a plurality of phosphors and scattering particles.
  • the phosphor or the phosphors and the scattering particles can be distributed homogeneously in the conversion element 3. at
  • Refractive index Increases with the switching of the semiconductor device 1, a temperature of the semiconductor chip 2 and thus the conversion element 3, so it increases
  • Matrix material has, for example, at 300K
  • a weight proportion of the scattering particles on the conversion element 3 is, for example, between 0.5% and 15% inclusive or between 6% and 15% inclusive.
  • Wavelengths The dominant wavelength is especially the Wavelength, which is the intersection of the spectral color line of the CIE standard color chart with a straight line, this straight line running from the white point in the CIE standard color chart, through the actual color locus of the radiation.
  • Semiconductor chip 2 generated radiation and from the
  • Conversion element 3 converted radiation, bluish appear.
  • a path of the blue light generated in the semiconductor chip 2 is increased in the conversion element 3, whereby a conversion efficiency of the conversion element 3 increases.
  • more blue light is converted into, for example, green light and / or red light, and thus less blue light is emitted from the semiconductor device 1. This is a color shift after
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • the semiconductor chip 2 is mounted on a support 5.
  • the carrier 5 is, for example, a circuit board or a
  • a phosphor plate 36 is attached at a light exit side of the semiconductor chip 2, which faces away from the carrier 5.
  • a phosphor plate 36 is attached.
  • the phosphor plate 36 is the phosphor or are the phosphors.
  • Phosphor plate 36 is for example a
  • Ceramic platelets in which phosphor particles are embedded or sintered. In a direction away from the carrier 5 and in the lateral direction around the semiconductor chip as well as around the
  • Phosphor plate 36 is located around this
  • Matrix material 34 with the embedded therein scattering particles 33 is thus located between the semiconductor chip 2 and the matrix material 34 with the
  • Scattering article 33 is shaped like a hood and, together with the phosphor plate 36, forms the conversion element 3.
  • the scattering particles 33 have, for example, an average diameter of between 400 nm and 1.5 ym and are made of silicon dioxide.
  • the refractive index of the Matrix material is at 300 K in particular between
  • scattering particles 33 based on the matrix material 34, is between 0.75% and 6% inclusive, or between 5% and 60% inclusive.
  • Phosphor plate 36 may comprise another matrix material in which the phosphor particles are embedded.
  • Matrix material 34 with the scattering particles 33 a layer of a connecting means 7.
  • the connecting means 7 which is formed for example by a silicone, the individual components are fastened together.
  • a thickness D of the layers of the connecting means 7 is, for example, at most 20 ym or at most 10 ym.
  • Matrix material 34 with the scattering particles 33 does not project beyond the semiconductor chip 2 optionally in a lateral direction.
  • the conversion element 3 may be surrounded by a potting 6. Such a casting 6 can also in all other
  • the potting 6 is for example transparent, such as a silicone, or contains admixtures for light scattering or to a
  • Semiconductor component 1 one in the blue spectral range emitting semiconductor chip 2a and a semiconductor chip 2b emitting in the red spectral region, wherein the semiconductor chips 2a, 2b together act on the carrier 5
  • the conversion element 3 is arranged downstream of the semiconductor chip 2a emitting in the blue spectral range.
  • the red emitting semiconductor chip 2b may be free of a scattering agent.
  • the conversion element 3 is arranged downstream of the semiconductor chips 2a, 2b, which may also be a semiconductor chip emitting in the blue spectral range and a semiconductor chip emitting in the red spectral range.
  • FIG. 7 shows different compositions of the invention
  • the curves indicated by a in FIGS. 7A and 7B denote a conversion agent which has no scattering particles.
  • the curves b, c, d respectively refer to
  • a proportion by weight of the scattering particles formed from silicon dioxide is 0% in the curve a, approximately 5% in the curve b, approximately 10% in the curve c and approximately 12.5% in the curve d.
  • FIG. 8 relates only to the change in efficiency E due to the influence of
  • the curve a refers to scattering particles with a
  • the curve b refers to silica spheres with a mean diameter of 1 ym as scattering particles.
  • Silica spheres have a refractive index of 1.46 at room temperature and the associated matrix material, which is a silicone, has a refractive index of 1.41, also at room temperature.
  • the individual points of the curve b refer to a weight proportion of the scattering particles of 0%, 1%, 2%, 5% and 10%.
  • the efficiency E participates in this
  • a preferred color locus shift of about 0.02 is at one
  • the same scattering particles are used as in the curve b, but the matrix material, which is a silicone, has a higher refractive index of 1.46
  • Silicon dioxide spheres refractive index 1.46 at 300 K, a silicone added as a matrix material with a refractive index of 1.41 at room temperature.
  • the curve e exists
  • the curve d relates to the same scattering particles as the curve b, but a matrix material which is a silicone having a refractive index of 1.51, with a tolerance not exceeding 0.005 or not more than 0.01 or not more than 0.03, used at room temperature.
  • Matrix material is therefore higher at room temperature than the refractive index of the scattering particles.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils (1) umfasst dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip (2). Das Halbleiterbauteil (1) beinhaltet ein Konversionselement (3), das dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teil einer vom Halbleiterchip (2) emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Das Konversionselement (3) weist mindestens einen Leuchtstoff und Streupartikel auf sowie zumindest ein Matrixmaterial. Die Streupartikel sind in das Matrixmaterial eingebettet. Ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Streupartikel beträgt bei einer Temperatur von 300 K höchstens 0,15. Der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Material der Streupartikel ist bei einer Temperatur von 380 K größer als bei einer Temperatur von 300 K.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Streumittel Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Streumittel für ein
Konversionselement für ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein Streumittel hierfür anzugeben, mit dem gegenüber Temperaturänderungen eine vergleichsweise konstante Farbemission realisierbar ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens einen
optoelektronischen Halbleiterchip. Der optoelektronische Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung vorgesehen. Insbesondere umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge .
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m ^ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst zumindest eine aktive Schicht, die zur Erzeugung einer elektromagnetischen
Strahlung eingerichtet ist. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur . Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im
Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beinhaltet dieses ein Konversionselement. Das
Konversionselement ist dazu eingerichtet, mindestens einen Teil einer von dem Halbleiterchip im Betrieb emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge
umzuwandeln. Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip blaues Licht und das Konversionselement wandelt einen Teil dieses blauen Lichts in grünes und/oder grün-gelbes und/oder grün-oranges und/oder rotes Licht um. Besonders bevorzugt emittiert das Halbleiterbauteil eine Mischstrahlung,
zusammengesetzt aus der von dem Konversionselement
emittierten und der unmittelbar von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung. Bei der Mischstrahlung handelt es sich zum Beispiel um weißes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beinhaltet das Konversionselement einen oder mehrere
Leuchtstoffe. Die Leuchtstoffe basieren zum Beispiel auf einem seltenerden-dotierten Granat wie YAG:Ce, einem
seltenerden-dotierten Orthosilikat wie (Ba, Sr^SiOziiEu oder einem seltenerden-dotierten Siliziumoxinitrid oder Siliziumnitrid wie (Ba, Sr) 2Si5Ng : Eu . Mehrere verschiedene Leuchtstoffe können durchmischt oder voneinander räumlich getrennt in dem Konversionselement vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst das Konversionselement Streupartikel. Die
Streupartikel sind dazu eingerichtet, aufgrund eines
Brechungsindexunterschieds zu einer Umgebung und/oder aufgrund reflektiver Eigenschaften und/oder aufgrund
Lichtbeugung die vom Konversionselement umgewandelte
Strahlung und/oder die unmittelbar vom Halbleiterchip
erzeugte Strahlung zu streuen. Die Streupartikel absorbieren bevorzugt keine oder im Wesentlichen keine vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung oder vom Konversionselement umgewandelte Strahlung. Ferner kann ein Material der Streupartikel durchlässig für die vom Halbleiterchip erzeugte oder vom Konversionselemente umgewandelte Strahlung sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement zumindest ein Matrixmaterial. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Silikon, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial oder um ein Epoxid. Das Matrixmaterial ist bevorzugt klarsichtig und transparent für die vom Halbleiterchip erzeugte und die vom
Konversionselement umgewandelte Strahlung. Die Streupartikel sind hierbei wenigstens teilweise in das Matrixmaterial eingebettet. Das heißt, alle oder ein Teil der Streupartikel sind stellenweise in unmittelbarem Kontakt zu dem
Matrixmaterial angeordnet. Insbesondere sind die
Streupartikel homogen verteilt in das Matrixmaterial
eingemischt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beträgt ein Brechungsunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Material der Streupartikel bei einer Temperatur von 300 K höchstens 0,15. Es ist möglich, dass der
Brechungsindexunterschied höchstens 0,10 oder höchstens 0,07 oder höchstens 0,05 oder höchstens 0,03 beträgt. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Brechungsindices des
Matrixmaterials und des Materials der Streupartikel bei
Raumtemperatur nicht oder nur wenig voneinander.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Material der Streupartikel bei einer Temperatur von 380 K und/oder bei einer Temperatur von 400 K und/oder bei einer Temperatur von 420 K größer als bei 300 K. Mit anderen Worten steigt der Brechungsindexunterschied, ausgehend von Raumtemperatur, hin zu einer stationären Betriebstemperatur des Halbleiterchips an. Durch eine Zunahme des
Brechungsindexunterschieds weisen die Streupartikel bei erhöhter Temperatur eine größere streuende Wirkung auf als bei Raumtemperatur.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen oder mehrere
optoelektronische Halbleiterchips zur Erzeugung einer
elektromagnetischen Strahlung. Das Halbleiterbauteil
beinhaltet ein Konversionselement, das dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teil einer vom Halbleiterchip emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge
umzuwandeln. Das Konversionselement weist mindestens einen Leuchtstoff und Streupartikel auf sowie zumindest ein
Matrixmaterial. Die Streupartikel sind teilweise oder
vollständig in das Matrixmaterial eingebettet. Ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Streupartikel beträgt bei einer Temperatur von 300 K höchstens 0,15. Der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Material der
Streupartikel ist bei einer Temperatur von 380 K größer als bei einer Temperatur von 300 K.
Dem Konversionselement ist also gezielt ein Material in Form der Streupartikel beigegeben, dessen Brechungsindex bei
Raumtemperatur in der Nähe des Brechungsindexes des
Matrixmaterials liegt. Weiterhin weisen die Streupartikel eine Größe auf, so dass eine lichtstreuende Wirkung erzielt wird. Durch Erwärmung reduziert sich der Brechungsindex des Matrixmaterials, das insbesondere ein Silikon ist. Liegen die Brechungsindices des Matrixmaterials und des Materials der Streupartikel bei Raumtemperatur nahe beieinander, so führt dieses Absenken des Brechungsindexes des Matrixmaterials zu einer starken Änderung der Streuwirkung der Streupartikel bei Temperaturerhöhung .
Eine erhöhte Streuwirkung verändert hierbei einen mittleren Laufweg von vom Halbleiterchip unmittelbar erzeugter
Strahlung in dem Konversionselement. Hierdurch erhöht sich auch ein Konversionsgrad, das heißt, mehr vom Halbleiterchip erzeugte Strahlung wird vom Konversionselement in eine andere Strahlung umgewandelt. Dadurch reduziert sich ein Blauanteil der Strahlung, und der Farbort der Mischstrahlung verschiebt sich in Richtung weg von Blau. Hierdurch ist eine Veränderung des Farborts, hervorgerufen durch eine Wellenlängenänderung der vom optoelektronischen Halbleiterchip unmittelbar
emittierten Strahlung bei Temperaturänderung, wenigstens teilweise kompensierbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weisen die Streupartikel einen mittleren Durchmesser von mindestens 50 nm oder von mindestens 250 nm oder von
mindestens 400 nm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere Durchmesser der Streupartikel höchstens 20 ym oder höchstens 10 ym oder höchstens 5,5 ym oder höchstens 3 ym. Mit anderen Worten weisen die Streupartikel vergleichsweise große Durchmesser auf. Insbesondere sind die Streupartikel, bezogen auf einen mittleren Durchmesser, deutlich größer als bei Thixotropiermitteln . Es können die Streupartikel eine gezielte Verteilung der mittleren Durchmesser aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist das Material der Streupartikel ein Siliziumdioxid, ein Glas, Quarz, ein Siliziumnitrid oder ein Metallfluorid wie Bariumfluorid, Calciumfluorid oder Magnesiumfluorid . Es ist möglich, dass die Streupartikel aus mehreren der genannten Materialien gebildet sind oder dass Streupartikel aus
unterschiedlichen Materialien in Kombination eingesetzt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist das Matrixmaterial ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid- Hybridmaterial , wobei der Brechungsindex des Matrixmaterials bei Raumtemperatur mindestens 1,38 oder mindestens 1,40 und alternativ oder zusätzlich höchstens 1,54 oder höchstens 1,50 oder höchstens 1,48 beträgt. Raumtemperatur bezeichnet hierbei eine Temperatur von 300 K. Beispielsweise liegt der Brechungsindex des Matrixmaterials bei 1,41 oder bei 1,46, mit einer Toleranz von höchstens 0,01.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist, bei Raumtemperatur, der Brechungsindex des
Matrixmaterials kleiner oder gleich dem Brechungsindex der Streupartikel. Insbesondere weist das Matrixmaterial eine Verkleinerung des Brechungsindexes bei Zunahme der Temperatur auf und das Material der Streupartikel eine Vergrößerung des Brechungsindexes bei Temperaturzunahme, mindestens in einem Temperaturbereich von 300 K bis 400 K. Auch ist es möglich, dass der Brechungsindex des Materials der Streupartikel bei Zunahme der Temperatur ebenfalls abnimmt, dann jedoch
schwächer als der Brechungsindex des Matrixmaterials. Eine Brechungsindexänderung der Streupartikel liegt bei ungefähr 0,1 x Ι Ο - ^ R-1 bis 1 x Ι Ο - ^ R-1 und ist damit im Vergleich zur Brechungsindexänderung des Matrixmaterials, das ein Silikon ist, im Wesentlichen vernachlässigbar. Die
Brechungsindexänderung von Silikon beträgt im relevanten Temperaturbereich ungefähr -4 x 10-^ κ~1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegt ein Gewichtsanteil der Streupartikel, bezogen auf das Matrixmaterial oder das gesamte Konversionselement, bei mindestens 0,5 % oder bei mindestens 1 %. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Gewichtsanteil höchstens 50 % oder höchstens 20 % oder höchstens 12 % oder höchstens 5 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegt der Leuchtstoff in Form von Partikeln vor. Ein
mittlerer Durchmesser der Leuchtstoffpartikel liegt dann beispielsweise bei mindestens 2 ym oder bei mindestens 3 ym oder bei mindestens 5 ym. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere Durchmesser höchstens 20 ym oder höchstens 15 ym oder höchstens 40 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines
Halbleiterbauteils sind die Leuchtstoffpartikel zusammen mit den Streupartikeln in das Matrixmaterial eingebettet. Das Konversionselement weist dann bevorzugt genau ein
Matrixmaterial auf. Es ist möglich, dass die
Leuchtstoffpartikel und die Streupartikel durchmischt sind, insbesondere homogen durchmischt.
Ebenso ist es möglich, dass die Leuchtstoffpartikel teilweise sedimentiert vorliegen und die Streupartikel homogen oder im Wesentlichen homogen verteilt in dem Matrixmaterial
vorliegen. Auch können die Leuchtstoffpartikel an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seite des Konversionselement eine erhöhte Konzentration aufweisen und die Streupartikel an einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des
Konversionselements .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegt ein Gewichtsanteil des Leuchtstoffs, bezogen auf das Matrixmaterial oder bezogen auf das gesamte
Konversionselement, zwischen einschließlich 5 % und 80 %. Bevorzugt liegt der Gewichtsanteil zwischen einschließlich
10 % und 25 % oder zwischen einschließlich 5 % und 20 % oder zwischen einschließlich 60 % und 80 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weisen die Leuchtstoffpartikel einen größeren mittleren
Durchmesser auf als die Streupartikel. Beispielsweise
unterscheiden sich die mittleren Durchmesser um mindestens einen Faktor 2 oder um mindestens einen Faktor 5 voneinander. Weiterhin ist es möglich, dass eine Anzahl der Streupartikel eine Anzahl der Leuchtstoffpartikel übersteigt,
beispielsweise um mindestens einen Faktor 2 oder um
mindestens einen Faktor 5 oder um mindestens einen Faktor 10. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegen der Leuchtstoff und die Streupartikel undurchmischt vor. Beispielsweise liegt der Leuchtstoff oder die
Leuchtstoffpartikel in einem ersten Matrixmaterial und die Streupartikel in einem zweiten Matrixmaterial vor. Ebenso ist es möglich, dass der Leuchtstoff zu einer kompakten Schicht geformt ist und das Matrixmaterial mit den Streupartikeln auf dieser Schicht aufgetragen sind. Ein Abstand zwischen den Streupartikeln und dem Leuchtstoff beträgt hierbei
beispielsweise höchstens 250 ym oder höchstens 150 ym oder höchstens 50 ym. Bevorzugt sind der Leuchtstoff und das
Matrixmaterial mit den darin insbesondere homogen verteilten Streupartikeln unmittelbar benachbart angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Leuchtstoff des Konversionselements durch einen einzigen Leuchtstoff gebildet. Bevorzugt ist dann der
Leuchtstoff aus genau einem der folgenden Materialien
geformt: einem grün emittierenden Orthosilikat mit der
Summenformel (Bax, Sry, Ca]__x_y) 2-z EuzSiC>4 mit 0,25 -S x < 1, 0 < y < 0,75, 0 < z < 0,5 und 0 < a < 1 ; einem grün
emittierenden Nitrido-Orthosilikat mit der Summenformel
(Bax, Sry, Ca1--X_y) 2-zEuzSi (Oa, N ( 0 f 67_0 f 67a) ) 4 mit
0,25 < x < 1, 0 < y < 0,75, 0 < z < 0,5 und 0 < a < 1.
Wird auf ein Nitrido-Orthosilikat Bezug genommen, so ist es jeweils möglich, dass dieses alternativ oder zusätzlich die Summenformel AE (2-1, 5x-y) RExEuySiO (4-1, 5χ) Nx aufweist mit 0 < x 0,1 und 0 < y 0,2 und mit AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba sowie RE = Sr, Y und/oder eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist das Konversionselement einen ersten Leuchtstoff und einen zweiten Leuchtstoff auf. Der erste Leuchtstoff ist dazu vorgesehen, im grünen und/oder im grün-gelben Spektralbereich zu emittieren. Der zweite Leuchtstoff ist bevorzugt dazu eingerichtet, langwelliger als der erste Leuchtstoff zu emittieren, bevorzugt im roten Spektralbereich oder im rotorangen Spektralbereich. Die beiden voneinander verschiedenen Leuchtstoffe können homogen gemischt sein oder schichtartig aufeinander folgen.
Der erste Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff liegen bevorzugt in einer der nachfolgend genannten
Materialkombinationen vor:
- grün emittierendes Orthosilikat mit der Formel
(Bax, Sry, Cai_x_y) 2-z Euzsi04 mit °'25 ^ x ^ 1, 0 < y < 0,75 und 0 -S z < 0,5 sowie rot emittierendes Nitrid mit der Formel (Cax, Sr1_x)2-yEuyAlSi (Nz, 0 ( 1 f 5_ 1 f 5 z ) ) 3 mit 0 < x < 1, 0 < y
< 0,4 und 0 < z < 1,
- grün emittierendes Orthosilikat mit der Formel
(Bax, Sry, Cai_x_y) 2-z Euzsi04 mit °'25 ^ x ^ 1, 0 < y < 0,75 und 0 -S z < 0,5 sowie rot emittierendes Nitrid mit der Formel (Srx, Bai_x) 2-yEuySi5N8 mit 0 < x < 1 und 0 < y < 0,3,
- grün emittierendes Nitrido-Orthosilikat mit der Formel (Bax, Sry, Ca1--X_y) 2_zEuzSi (Oa, N ( 0 f 67_0 , 67a) ) 4 mit °'25 ^ x
< 1, 0 < y < 0,75, 0 < z < 0,5 und 0 < a < 1 sowie rot emittierendes Nitrid mit der Formel
(Cax, Sr1_x)2-yEuyAlSi (Nz, 0 ( 1 f 5_ 1 f 5 z ) ) 3 mit 0 < x < 1, 0 < y
< 0,4 und 0 < z < 1, oder
- grün emittierendes Nitrido-Orthosilikat mit der Formel
(Bax, Sry, Ca1--X_y) 2_zEuzSi (Oa, N ( 0 f 67_0 f 67a) ) 4 mit 0,25 < x
< 1, 0 < y < 0,75, 0 < z < 0,5 und 0 < a < 1 sowie rot emittierendes Nitrid mit der Formel
(Srx, Bai_x) 2-yEuySi5N8 mit 0 < x < 1, 0 < y < 0,3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegt der Brechungsindexunterschied zwischen dem
Matrixmaterial und dem Material der Streupartikel bei 300 K bei höchstens 0,06 oder bei höchstens 0,05 und der
Brechungsindexunterschied beträgt bei 400 K mindestens 0,075 oder mindestens 0,065. Alternativ oder zusätzlich ändert sich der Brechungsindexunterschied von 300 K auf 400 K um
mindestens 20 % oder um mindestens 30 %.
Darüber hinaus wird ein Streumittel angegeben. Das
Streumittel kann in einem Konversionselement eingesetzt werden, wie in einer oder mehreren Ausführungsformen der oben beschriebenen Halbleiterchips angegeben. Merkmale des
Streumittels sind daher auch für den optoelektronischen
Halbleiterchip offenbart und umgekehrt. In mindestens einer Ausführungsform ist das Streumittel für ein Konversionselement eingerichtet, wobei das
Konversionselement zur Umwandlung einer von einem
Halbleiterchip emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge gestaltet ist. Das Streumittel umfasst ein Matrixmaterial sowie Streupartikel, die in das
Matrixmaterial eingebettet sind. Ein
Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und einem Material der Streupartikel ist bei einer Temperatur von 300 K kleiner als bei einer Temperatur von 380 K.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes Streumittel unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 6 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Streukörpern und von hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterchips ,
Figur 7 eine schematische Darstellung von
Farbortverschiebungen bei Temperaturänderungen, und
Figur 8 eine schematische Darstellung von Farbortänderungen für verschiedene Streupartikel.
In Figur 1 ist in einer Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils 1 gezeichnet. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 2, der in einem Gehäuse 4 in einer Ausnehmung angebracht ist. Bei dem Halbleiterchip 2 handelt es sich bevorzugt um eine
Leuchtdiode, kurz LED, die blaues Licht emittiert.
Ferner beinhaltet das Halbleiterbauteil 1 ein
Konversionselement 3, das dem Halbleiterchip 2 entlang einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist und sich, wie auch der Halbleiterchip 2, in der Ausnehmung des Gehäuses 4 befindet. Das Konversionselement 3 ist dazu eingerichtet, einen Teil der vom Halbleiterchip 2 im Betrieb erzeugten Strahlung zu absorbieren und in eine hiervon verschiedene, langwelligere Strahlung umzuwandeln. Gleichzeitig dient das
Konversionselement 3 als Streumittel. Optional ist das
Konversionselement 3 linsenartig geformt.
Das Konversionselement 3 umfasst einen Leuchtstoff oder mehrere Leuchtstoffe sowie Streupartikel. Der Leuchtstoff oder die Leuchtstoffe sowie die Streupartikel können homogen verteilt in dem Konversionselement 3 vorliegen. Bei
Raumtemperatur weisen die Streupartikel und ein
Matrixmaterial, in das der Leuchtstoff sowie die
Streupartikel eingebettet sind, einen ungefähr gleichen
Brechungsindex auf. Erhöht sich mit dem Einschalten des Halbleiterbauteils 1 eine Temperatur des Halbleiterchips 2 sowie damit des Konversionselements 3, so nimmt ein
Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial des Konversionselements 3 sowie den Streupartikeln in dem
Konversionselement 3 zu. Es ist möglich, dass die Streupartikel einen mittleren
Durchmesser zwischen einschließlich 2,5 ym und 8,5 ym
aufweisen und aus Siliziumdioxid gebildet sind. Das
Matrixmaterial weist zum Beispiel bei 300 K einen
Brechungsindex zwischen einschließlich 1,36 und 1,48 auf. Ein Gewichtsanteil der Streupartikel an dem Konversionselement 3 liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,5 % und 15 % oder zwischen einschließlich 6 % und 15 %.
Bei einer Temperaturzunahme, beispielsweise von zirka 300 K auf zirka 380 K, verschiebt sich eine unmittelbar vom
Halbleiterchip 2 emittierte dominante Wellenlänge
beispielsweise um zirka 3 nm bis 5 nm hin zu höheren
Wellenlängen. Die dominante Wellenlänge ist insbesondere die Wellenlänge, die sich als Schnittpunkt der Spektralfarblinie der CIE-Normfarbtafel mit einer geraden Linie ergibt, wobei diese gerade Linie, ausgehend vom Weißpunkt in der CIE- Normfarbtafel , durch den tatsächlichen Farbort der Strahlung verläuft.
Da eine maximale Empfindlichkeit des blauen Farbrezeptors im menschliche Auge bei ungefähr 450 nm liegt, verschiebt sich der Farbort der vom Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung hin ins Blaue, zumindest falls eine Wellenlänge maximaler
Intensität dieser Strahlung bei Raumtemperatur unterhalb von 450 nm liegt, wie vorliegend bevorzugt der Fall. Hierdurch kann eine von dem Halbleiterbauteil 1 abgestrahlte
Mischstrahlung, zusammengesetzt aus der unmittelbar vom
Halbleiterchip 2 erzeugten Strahlung und der vom
Konversionselement 3 umgewandelten Strahlung, bläulicher erscheinen. Alternativ oder zusätzlich kann eine
Farbortverschiebung in Richtung Blau auch dadurch auftreten, dass eine Konversionseffizienz der Leuchtstoffe bei
zunehmender Temperatur abnimmt. Auch die Farbortverschiebung aufgrund diesen Effekts ist durch die Kombination der beiden Leuchtstoffe zumindest reduzierbar.
Durch die Zunahme des Brechungsindexunterschieds zwischen dem Matrixmaterial und den Streupartikeln hin zu höheren
Temperaturen wird ein Laufweg des im Halbleiterchip 2 erzeugten blauen Lichts in dem Konversionselement 3 erhöht, wodurch eine Konversionseffizienz des Konversionselements 3 ansteigt. Mit anderen Worten wird mehr blaues Licht in zum Beispiel grünes Licht und/oder rotes Licht umgewandelt und somit weniger blaues Licht von dem Halbleiterbauteil 1 emittiert. Hierdurch ist eine Farbortverschiebung nach
Einschalten des Halbleiterbauteils 1, hervorgerufen durch eine Änderung der dominanten Wellenlänge der vom Halbleiterchip 2 erzeugten Strahlung bei Temperaturerhöhung, in einer Aufwärmphase des Halbleiterchips 2 vermeidbar oder deutlich reduzierbar.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Der Halbleiterchip 2 ist auf einem Träger 5 angebracht. Bei dem Träger 5 handelt es sich beispielsweise um eine Leiterplatte oder um eine
gedruckte Leiterplatte. Wie auch in den anderen Figuren und wie auch bei dem Gehäuse 4 gemäß Figur 1 sind zur
Vereinfachung der Darstellung elektrische Leiterbahnen und/oder Bonddrähte nicht gezeichnet. An einer Lichtaustrittsseite des Halbleiterchips 2, die dem Träger 5 abgewandt ist, ist ein Leuchtstoffplättchen 36 angebracht. In dem Leuchtstoffplättchen 36 befindet sich der Leuchtstoff oder befinden sich die Leuchtstoffe. Das
Leuchtstoffplättchen 36 ist zum Beispiel ein
Keramikplättchen, in das Leuchtstoffpartikel eingebettet oder gesintert sind. In eine Richtung weg von dem Träger 5 und in lateraler Richtung um den Halbleiterchip sowie um das
Leuchtstoffplättchen 36 herum befindet sich das
Matrixmaterial 34 mit den darin eingebetteten Streupartikeln 33. Das Leuchtstoffplättchen 36 befindet sich also zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem Matrixmaterial 34 mit den
Streupartikeln 33. Das Matrixmaterial 34 mit dem
Streupartikel 33 ist haubenartig geformt und bildet zusammen mit dem Leuchtstoffplättchen 36 das Konversionselement 3.
Die Streupartikel 33 weisen zum Beispiel einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 400 nm und 1,5 ym auf und sind aus Siliziumdioxid gefertigt. Der Brechungsindex des Matrixmaterials liegt bei 300 K insbesondere zwischen
einschließlich 1,39 und 1,48. Ein Gewichtsanteil der
Streupartikel 33, bezogen auf das Matrixmaterial 34, liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,75 % und 6 % oder zwischen einschließlich 5 % und 60 %.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind sowohl das
Leuchtstoffplättchen 36 als auch das Matrixmaterial 34 mit den Streupartikeln 33 haubenartig geformt. Das
Leuchtstoffplättchen 36 kann ein weiteres Matrixmaterial aufweisen, in das die Leuchtstoffpartikel eingebettet sind.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 befindet sich jeweils zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem Leuchtstoffplättchen 36 sowie zwischen dem Leuchtstoffplättchen 36 und dem
Matrixmaterial 34 mit den Streupartikeln 33 eine Schicht aus einem Verbindungsmittel 7. Durch das Verbindungsmittel 7, das beispielsweise durch ein Silikon gebildet ist, sind die einzelnen Komponenten aneinander befestigt. Eine Dicke D der Schichten des Verbindungsmittel 7 beträgt beispielsweise jeweils höchstens 20 ym oder höchstens 10 ym. Das
Matrixmaterial 34 mit den Streupartikeln 33 überragt den Halbleiterchip 2 optional in einer lateralen Richtung nicht. Das Konversionselement 3 kann von einem Verguss 6 umgeben sein. Ein solcher Verguss 6 kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Der Verguss 6 ist beispielsweise transparent, etwa aus einem Silikon, oder enthält Beimengungen zur Lichtstreuung oder zu einer
Lichtfilterung.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 weist das
Halbleiterbauteil 1 einen im blauen Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip 2a und einen im roten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip 2b auf, wobei die Halbleiterchips 2a, 2b gemeinsam auf den Träger 5
montiert sind. Das Konversionselement 3 ist dem im blauen Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip 2a nachgeordnet. Der im roten emittierende Halbleiterchip 2b kann frei von einem Streumittel sein.
Gemäß Figur 6 ist den Halbleiterchips 2a, 2b, bei denen es sich auch um einen im blauen Spektralbereich und einen im roten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip handeln kann, das Konversionselement 3 gemeinsam nachgeordnet.
In Figur 7 sind für verschiedene Zusammensetzungen des
Konversionselements, in Abhängigkeit von der Temperatur T in Grad Celsius, die Änderungen der Farbortkoordinaten Acx und ÄCy skizziert, in Figur 7A für die rote Farbkoordinate cx und in Figur 7B für die grüne Farbkoordinate Cy, bezogen auf die CIE-Normfarbtafel .
Die mit a gekennzeichneten Kurven in den Figuren 7A und 7B bezeichnen ein Konversionsmittel, das keine Streupartikel aufweist. Die Kurven b, c, d beziehen sich jeweils auf
Konversionselemente 3, wie oben beschrieben. Alle Kurven a-d weisen einen Gewichtsanteil von 10 % eines Leuchtstoffs auf, bei dem es sich um ein im grünen Spektralbereich
emittierendes Orthosilikat handelt. Ein Gewichtsanteil der Streupartikel, die aus Siliziumdioxid gebildet sind, beträgt bei der Kurve a 0 %, bei der Kurve b zirka 5 %, bei der Kurve c ungefähr 10 % und bei der Kurve d zirka 12,5 %.
In Figur 7 ist zu sehen, dass sich die Farbortkoordinaten cx, c, bei der Kurve a deutlich verschieben und dass eine Verschiebung durch die Beigabe der Streupartikel hin zu höheren Temperaturen reduzierbar ist, siehe die Kurven b, c, d. Die Farbortverschiebung Acx, Acy bezieht sich jeweils auf die von dem Halbleiterbauteil 1 abgestrahlten Mischstrahlung, zusammengesetzt aus der unmittelbar vom Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung und der vom Konversionselement 3 umgewandelten Strahlung.
In Figur 8 ist eine Effizienz E gegenüber einer
Farbortverschiebung Acx + Acy für verschiedene Streupartikel angegeben. In Figur 8 ist hierbei lediglich die spektrale Verschiebung eines weißes Licht emittierenden
Halbleiterbauteils 1 allein aufgrund der
Brechungsindexänderung des Matrixmaterials angegeben. Der Brechungsindex des Matrixmaterials reduziert sich hierbei um ungefähr 0,035, entsprechend einer Temperaturänderung von 25 °C auf 120 °C. Eine Änderung der Effizienz E aufgrund Temperaturänderungen des Halbleiterchips sind in Figur 8 nicht berücksichtigt. Figur 8 bezieht sich somit nur auf die Änderung der Effizienz E aufgrund des Einflusses der
Brechungsindexänderung zwischen dem Matrixmaterial und den Streupartikeln bei der angegebenen Temperaturänderung von 25 °C auf 120 °C.
Die Kurve a bezieht sich auf Streupartikel mit einem
Brechungsindex von ungefähr 1,8 eines herkömmlichen
Diffusors. Bei einer Erhöhung einer Diffusorkonzentration in dem Matrixmaterial, Brechungsindex ungefähr 1,5, erfolgt nur eine Reduzierung der Effizienz E, jedoch keine signifikante Verschiebung des Farborts. Die Kurve b bezieht sich auf Siliziumdioxid-Kugeln mit einem mittleren Durchmesser von 1 ym als Streupartikel. Die
Siliziumdioxid-Kugeln weisen einen Brechungsindex von 1,46 bei Raumtemperatur auf und das zugehörige Matrixmaterial, das ein Silikon ist, einen Brechungsindex von 1,41, ebenfalls bei Raumtemperatur. Die einzelnen Punkte der Kurve b beziehen sich auf einen Gewichtsanteil der Streupartikel von 0 %, 1 %, 2 %, 5 % und 10 %. Die Effizienz E nimmt hierbei mit
zunehmendem Gewichtsanteil der Streupartikel ab, jedoch vergrößert sich eine Farbortverschiebung. Eine bevorzugte Farbortverschiebung von ungefähr 0,02 ist bei einem
Gewichtsanteil von bereits ungefähr 1 % erreicht.
Bei der Kurve c sind die gleichen Streupartikel eingesetzt wie bei der Kurve b, jedoch weist das Matrixmaterial, das ein Silikon ist, einen höheren Brechungsindex von 1,46 bei
Raumtemperatur auf. Es ist zu sehen, dass die Farbortänderung ungefähr der von Kurve b entspricht, jedoch dass die
Effizienz E weniger stark abnimmt.
Bei der Kurve e sind mit einem Gewichtsanteil von 2 %
Siliziumdioxid-Kugeln, Brechungsindex 1,46 bei 300 K, einem Silikon als Matrixmaterial mit einem Brechungsindex von 1,41 bei Raumtemperatur beigegeben. Die Kurve e gibt
unterschiedliche mittlere Durchmesser der Streupartikel wieder. Ein besonders günstiges Verhältnis aus Effizienz E und Farbortverschiebung ergibt sich insbesondere bei einer mittleren Größe der Streupartikel von 500 nm. Die Kurve d bezieht sich auf die gleichen Streupartikel wie die Kurve b, jedoch ist ein Matrixmaterial, das ein Silikon ist, mit einem Brechungsindex von 1,51, mit einer Toleranz von höchstens 0,005 oder höchstens 0,01 oder höchstens 0,03, bei Raumtemperatur eingesetzt. Der Brechungsindex des
Matrixmaterials liegt bei Raumtemperatur also höher als der Brechungsindex der Streupartikel. Somit nimmt ein
Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und den Streupartikeln bei zunehmender Temperatur ab und der Farbort verschiebt sich bei Temperaturänderung hin ins Blaue. Alle Merkmale hinsichtlich des Konversionselements, des Trägers, des Gehäuses, des Vergusses und/oder des Halbleiterchips, wie in Verbindung mit den oben genannten Ausführungsbeispielen angegeben, sind prinzipiell auch für die Ausführungsform gemäß Kurve d heranziehbar.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen aufgeführt ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 116 752.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, und
- einem Konversionselement (3) , das dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teil einer vom Halbleiterchip (2) emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln,
wobei
- das Konversionselement (3) mindestens einen
Leuchtstoff und Streupartikel (33) aufweist,
- das Konversionselement (3) mindestens ein
Matrixmaterial (34) umfasst, in das zumindest die
Streupartikel (33) eingebettet sind,
- ein Brechungsindexunterschied zwischen dem
Matrixmaterial (34) und einem Material der
Streupartikel (33) bei einer Temperatur von 300 K höchstens 0,15 beträgt, und
- der Brechungsindexunterschied bei einer Temperatur von 380 K größer ist als bei 300 K.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Streupartikel (33) einen mittleren
Durchmesser zwischen einschließlich 250 nm und 20 ym aufweisen .
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Material der Streupartikel (33) eines der folgenden Materialien ist oder umfasst: Siliziumdioxid, ein Glas, Quarz, Siliziumnitrid, ein Metallfluorid .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem das Matrixmaterial (34) ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist und einen
Brechungsindex zwischen einschließlich 1,38 und 1,54 aufweist .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein Gewichtsanteil der Streupartikel (33) an dem Konversionselement (3) zwischen einschließlich 0,5 % und 50 % liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Leuchtstoff in Form von Partikeln vorliegt und zusammen mit den Streupartikeln (33) in das
Matrixmaterial (34) eingebettet ist, wobei der
Leuchtstoff und die Streupartikel (33) durchmischt sind .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem ein Gewichtsanteil des Leuchtstoffes zwischen einschließlich 5 % und 20 % liegt und die Partikel des Leuchtstoffes einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 5 ym und 40 ym aufweisen, der größer ist als der mittlere Durchmesser der Streupartikel (33) .
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leuchtstoff und die Streupartikel (33) undurchmischt vorliegen, wobei ein Abstand (D) zwischen den Streupartikeln (33) und dem Leuchtstoff höchstens 250 ym beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Leuchtstoff der einzige Leuchtstoff ist und aus genau einem der folgenden Materialien besteht:
- einem grün emittierenden Orthosilikat mit der
Summenformel (Bax, Sry, Ca]_-x-y) 2-zEuzSiC>4 mit
0,25 < x < 1, 0 < y < 0,75, 0 < z < 0,5 und 0 < a < 1,
- einem grün emittierenden Nitrido-Orthosilikat mit der Summenformel (Bax, Sry, Ca]_-x-y)
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(Oa' N(0,67- 0,67a))4 mit ° ' 2 5 ^ < 1 0 < y < 0,75, 0 < z < 0,5 und 0 < a < 1.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Konversionselement (3) einen ersten
Leuchtstoff und einen zweiten Leuchtstoff umfasst, wobei der erste Leuchtstoff dazu vorgesehen ist, grün zu emittieren und der zweite Leuchtstoff dazu
vorgesehen ist, rot oder rot-orange zu emittieren.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Brechungsindexunterschied bei 300 K
höchstens 0,06 und bei 400 K mindestens 0,075 beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Streupartikel (33) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 2,5 ym und 8,5 ym aufweisen,
- das Material der Streupartikel (33) Siliziumdioxid ist,
- das Matrixmaterial (34) einen Brechungsindex zwischen einschließlich 1,36 und 1,48 aufweist,
- der Halbleiterchip (2) zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet ist,
- der Gewichtsanteil der Streupartikel (33) zwischen einschließlich 6 % und 15 % liegt, und
- das Konversionselement (3) den ersten und den zweiten Leuchtstoff aufweist, die gemeinsam mit den
Streupartikeln (33) in das Matrixmaterial (34) gemischt sind .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Streupartikel (33) einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 400 nm und 1,5 ym aufweisen,
- das Material der Streupartikel (33) Siliziumdioxid ist,
- das Matrixmaterial (34) einen Brechungsindex zwischen einschließlich 1,39 und 1,48 aufweist,
- der Halbleiterchip (2) zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet ist,
- der Gewichtsanteil der Streupartikel (33) zwischen einschließlich 0,75 % und 6 % liegt,
- das Konversionselement (3) den ersten und den zweiten Leuchtstoff aufweist, die in einem keramischen
Leuchtstoffplättchen (36) zusammengefasst sind,
- die Streupartikel (33) nicht in das
Leuchtstoffplättchen (36) eingebracht sind, und
- sich das Leuchtstoffplättchen (36) zwischen dem Halbleiterchip (2) und dem Matrixmaterial (34) mit den Streupartikeln (33) befindet.
Streumittel für ein Konversionselement (3) , das zur Umwandlung einer von einem Halbleiterchip (2)
emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge eingerichtet ist, umfassend
- ein Matrixmaterial (34), und
- Streupartikel (33), die in das Matrixmaterial (34) eingebettet sind,
wobei ein Brechungsindexunterschied zwischen dem
Matrixmaterial (34) und einem Material der
Streupartikel (33) bei einer Temperatur von 300 K kleiner ist als bei einer Temperatur von 380 K.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, und
- einem Konversionselement (3) , das dazu eingerichtet ist, mindestens einen Teil einer vom Halbleiterchip (2) emittierten Strahlung in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln,
wobei
- das Konversionselement (3) mindestens einen
Leuchtstoff und Streupartikel (33) aufweist,
- das Konversionselement (3) mindestens ein
Matrixmaterial (34) umfasst, in das zumindest die
Streupartikel (33) eingebettet sind,
- ein Brechungsindexunterschied zwischen dem
Matrixmaterial (34) und einem Material der
Streupartikel (33) bei einer Temperatur von 300 K höchstens 0,15 beträgt, - der Brechungsindexunterschied bei einer Temperatur von 380 K kleiner ist als bei 300 K,
- das Matrixmaterial (34) bei einer Temperatur von 300 K einen größeren Brechungsindex aufweist als ein Material der Streupartikel (33) , und
- ein Farbort einer von dem Halbleiterbauteil (1) emittierten Mischstrahlung bei einer Temperatur von 380 K ins Blaue verschoben ist, relativ zu einer Temperatur von 300 K.
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