WO2017093140A1 - Optoelektronisches bauelement und hintergrundbeleuchtung für ein display - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und hintergrundbeleuchtung für ein display Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component. Furthermore, the invention relates to a backlight for a display.
  • Optoelectronic devices in particular light emitting diodes (LEDs), are used for the backlighting of LCD filters in modern televisions, computer monitors and many other displays. This can be done either directly or by indirect illumination via a light guide.
  • LEDs light emitting diodes
  • Components are on the one hand a maximum brightness and on the other hand a cover of the largest possible
  • Color space in the CIE color chart Conventional LCD filter systems consist of three or four color filters (blue, green and red or blue, green, yellow and red).
  • An object of the invention is to provide an optoelectronic device which efficiently emits radiation during operation of the device. It is also an object of an invention to provide a backlight for a display, the radiation during operation of the
  • the optoelectronic component on a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is set up to generate a primary radiation in the blue spectral range.
  • the optoelectronic component has a conversion element.
  • Conversion element is arranged in the beam path of the semiconductor chip.
  • the conversion element is set up to generate a secondary radiation from the primary radiation of the semiconductor chip.
  • the conversion element has at least one first phosphor and one second phosphor or consists thereof.
  • the first phosphor is either on
  • Total radiation is white mixed light.
  • the optoelectronic component is a light-emitting diode, or LED for short.
  • the optoelectronic component is then preferably designed to emit white light.
  • Mixing ratio of primary radiation and secondary radiation can be determined by the composition and concentration of corresponding phosphors are controlled and controlled in the conversion element. At full conversion, the
  • Total radiation also be only the secondary radiation.
  • the total radiation may be the sum of primary radiation of the semiconductor chip and secondary radiation of the conversion element.
  • the secondary radiation may be composed of an emitted radiation from the first phosphor and an emitted radiation from the second phosphor.
  • White mixed light of the component is generated here in particular by partial conversion.
  • white is meant here and below that the total radiation is a color location of the CIE color diagram with Cx and Cy value along the
  • the color loci are preferably at color temperatures between 7000 K and 25000 K.
  • the color locus may be in the range of Cx 0.25-0.33 and Cy 0.22-0.33.
  • the color locus here denotes points in or on a color body, which is described in the color space with suitable coordinates in its position. The color location represents the color perceived by a viewer.
  • the color locus is a coordinate or coordinates in the CIE (the International Commission on Illumination)
  • any color is defined by three coordinates Cx, Cy, Cz, where two coordinates are used for color determination
  • the optoelectronic component on at least one semiconductor chip.
  • the optoelectronic component can also have more than one semiconductor chip, for example a further semiconductor chip, that is to say two semiconductor chips.
  • the semiconductor chips may have the same structure.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip has a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer having at least one pn junction and / or one or more
  • Quantum well structures The semiconductor layer sequence of
  • Semiconductor chips is preferably based on a III-V
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ _ n m m N Ga, or a phosphide compound semiconductor material, such as
  • the semiconductor material may be Al x Ga ] __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1. It can the
  • Wavelength maximum of the primary radiation is preferably in ultraviolet and / or visible and / or IR spectral range, especially at wavelengths between 420 nm inclusive and 800 nm inclusive, for example between 440 nm inclusive and 480 nm inclusive.
  • the semiconductor chip is in operation
  • Spectral range of the semiconductor chip at least one or exactly one peak wave maximum between 380 nm inclusive and including 480 nm.
  • color specifications in relation to emitting conversion elements and / or total radiation and / or emitting semiconductor chips denote the respective ones
  • Optoelectronic component on another semiconductor chip is in particular
  • the total primary radiation results from the primary radiation of the first semiconductor chip and the further semiconductor chip.
  • the conversion element is then formed as a potting and surrounds both semiconductor chips form fit.
  • Form-fitting is here and below referred to that the conversion element both the radiation exit surfaces as well as the side surfaces of the respective semiconductor chips directly surrounds mechanically and / or electrically.
  • this has a conversion element.
  • the conversion element is arranged in the beam path of the semiconductor chip.
  • the conversion element is arranged directly on the semiconductor chip, that is to say on the radiation exit surface of the semiconductor chip. "Direct” means here and below that the conversion element directly on the
  • Radiation exit surface of the semiconductor chip is arranged.
  • the semiconductor chip and the conversion element there are no further layers or elements between the semiconductor chip and the conversion element, such as
  • Adhesive layers available. Alternatively, the
  • Conversion element and the semiconductor chip also be spaced from each other spatially.
  • an adhesive layer can be arranged between the semiconductor chip and the conversion element.
  • the conversion element is configured to at least partially admit the primary radiation emitted by the at least one semiconductor chip or the total primary radiation
  • the conversion element comprises at least one first phosphor and / or a second phosphor or consists thereof.
  • Phosphor Sr (Sr 1 -x Ca x ) Si 2 Al 2 N 6 : Eu 2 + with 0 ⁇ x ⁇ 1, preferably with 0.5 -S x -S 1, for example x 0.6.
  • the first phosphor is europium, especially with
  • the first phosphor can contain further dopants, for example from the group of rare earths such as cerium, yttrium, terbium, scandium, ytterbium and / or samarium.
  • Europium or other dopants can partially replace the lattice sites of Sr and / or Ca.
  • the proportion of the dopants, in particular europium, can be between 0.1% by weight and 12% by weight, for example 6% by weight to 9% by weight.
  • a narrow-band emitting first phosphor which in particular emits radiation from the red spectral range, can be provided.
  • Phosphor (Sr 1-y Ca y ) [L1Al 3 N 4]: Eu 2+ with 0 ⁇ y ⁇ 1, preferably with 0.5 -S y -S 1, for example y 0.6.
  • the first phosphor has a europium doping, in particular an Eu2 + doping.
  • the first phosphor (Sr ) ⁇ Cay) [L1AI3N4]: Eu 2 " may comprise further dopants, for example from the group of rare earths or lanthanides.
  • Europium or other dopants may be the lattice sites of Sr and / or partially replacing Ca.
  • phosphor Cx is between 0.680 and 0.715 and Cy between 0.280 and 0.320.
  • the color loci described here are, in particular, color locations which take place at an excitation wavelength of the first phosphor from the blue spectral range, for example at 460 nm.
  • the first phosphor emits a dominant wavelength between 590 nm and 640 nm inclusive.
  • the excitation of the first phosphor at a wavelength between 440 nm and 470 nm, for example 460 nm.
  • the first phosphor (Sr 1 - y Ca y ) [L1Al3N4]: Eu 2+ has one
  • Dominance wavelength between 623 nm and 633 nm inclusive.
  • the dominant wavelength is the wavelength that describes the hue as felt by the human eye.
  • the peak wavelength represents the wavelength of the maximum of the spectral distribution.
  • the second phosphor is in particular configured to emit radiation from the green and / or yellow spectral range.
  • the second phosphor is selected from a group comprising alkaline earth orthosilicates, SiAlONs, aluminates and SiONe.
  • the second phosphor is selected from a group consisting of (Ba, Sr) 2S104, beta-SiAlON,
  • Phosphor is doped therefrom, in particular rare earth and / or lanthanide, such as europium (Eu 2+), cerium (Ce ⁇ +), or combinations, such as (Ba, Sr) 2S1O4: Eu 2 +, beta-SiA10N: Eu 2 + , (Y, Lu) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce 3+ and Ba-SiO: Eu 2+ .
  • rare earth and / or lanthanide such as europium (Eu 2+), cerium (Ce ⁇ +), or combinations, such as (Ba, Sr) 2S1O4: Eu 2 +, beta-SiA10N: Eu 2 + , (Y, Lu) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce 3+ and Ba-SiO: Eu 2+ .
  • the second phosphor in particular emits radiation having a peak wavelength from the spectral range between 510 nm and 590 nm inclusive.
  • the second phosphor is a Erdalkaliorthosilikat, with rare
  • Earth for example Eu 2+
  • the doped for example Eu 2+
  • the second phosphor emits in particular radiation with a
  • a beta-SiAlON is a beta SiAlON.
  • Beta SiAlONs are well known to those skilled in the art and will therefore not be explained in detail at this point.
  • the second phosphor emits radiation having a peak wavelength from the spectral range of between 520 nm and
  • the second one including 550 nm.
  • the second one including 550 nm.
  • the second phosphor is (Y, Lu) 3 (Al, Ga) 5 O12: Ce + .
  • the second phosphor is (Y, Lu) 3 (Al, Ga) 5 O12: Ce + .
  • Phosphor can therefore have an aluminum and / or gallium and yttrium and / or lutetium.
  • the second phosphor also small amounts of gadolinium and / or
  • the second phosphor emits radiation with a peak wavelength from the spectral range between 530 nm and
  • Phosphor is a Ba-SiO:. Eu ⁇ "In other words, the second phosphor in addition to barium as the alkaline earth metal silicon, oxygen and nitrogen in any ratio and composition of Ba-sions are well known in the art and therefore, at this point no further. In particular, the second phosphor emits radiation having a peak wavelength from the spectral range of between 480 nm and 530 nm inclusive.
  • the excitation wavelength of the second phosphor is preferably in the blue spectral range, for example 460 nm.
  • the color locus especially for
  • Optoelectronic component at least one semiconductor chip for generating a primary radiation from the blue
  • Wavelength range and a conversion element which has exactly two phosphors on.
  • a semiconductor chip has a peak wavelength of 380 nm to 480 nm inclusive.
  • the radiation emitted by the semiconductor chip is emitted by the two phosphors, the first phosphor and the second
  • Phosphor at least partially converts the radiation into secondary radiation from the red spectral range.
  • the second phosphor converts the primary radiation at least partially into a secondary radiation from the green or yellow-green spectral range, so that the combination of
  • Primary radiation and secondary radiation results in white mixed light.
  • the peaks of the corresponding emission spectra have a half width FWHM of at most 82 nm, preferably at most 55 nm.
  • a white-emitting optoelectronic component can be provided that is inexpensive and easy to produce.
  • Dispersed matrix material As a matrix material can be any suitable material.
  • silicones such as dimethylvinylsiloxanes and / or vinylalkylpolysiloxanes are used.
  • epoxy resin or hybrid materials for example Ormocere, as the matrix material.
  • the conversion element is preferably directly on the
  • the conversion element having the first phosphor and the second phosphor dispersed in a matrix material may be formed as a potting. It can do that
  • Conversion element formed as a layer system.
  • the Layer system has at least two layers, a first layer and a second layer.
  • the first layer can have or consist of the first phosphor.
  • the first layer may additionally comprise a matrix material.
  • the second layer may comprise or consist of the second phosphor.
  • the second layer may additionally comprise a matrix material.
  • the first layer may be disposed between the semiconductor chip and the second layer.
  • Semiconductor chip and the first layer may be arranged in the beam path of the primary radiation.
  • first layer is arranged between the semiconductor chip and the second layer, this means that the first layer is arranged directly downstream of the semiconductor chip. If the second layer is arranged between the semiconductor chip and the first layer, this means that the second layer is directly downstream of the semiconductor chip in the direction of radiation.
  • Conversion element may have a layer thickness of 20 ym to 200 ym.
  • the layers of the layer system are formed as ceramics.
  • the phosphors of the respective layers may be formed as particles and dispersed in the matrix material. The proportion of the
  • dispersed phosphor in the matrix material between 1 wt% and 50 wt% S ⁇ .
  • the method for producing an optoelectronic component comprises the steps:
  • Beam path of the semiconductor chip is arranged and to
  • the conversion element has at least a first and second phosphor, the first phosphor Sr (Sr] __ x Ca x) Si2Al2 g: Eu2 + and / or (Sr] __ y Ca y) [L1AI3N4]: Eu 2+ where 0 ⁇ x ⁇ 1 and 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • the device emits white mixed light, preferably in operation of the device.
  • the invention further relates to a backlight for a display.
  • the backlight preferably has the optoelectronic component described above. All definitions and designs made for the optoelectronic component also apply to the
  • the optoelectronic device described here is used as a backlight for televisions
  • the optoelectronic component can also be used as room lighting.
  • FIGS. 1 to 7A are each a sectional view of an optoelectronic component according to an embodiment, and FIG. 7B is a plan view of an optoelectronic component
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements such as layers, components, components and areas for exaggerated representability and / or for better understanding can be displayed exaggeratedly large.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • the optoelectronic component 100 has a substrate 1 on.
  • the substrate 1 can be, for example, a semiconductor or ceramic wafer, for example a shaped material of sapphire, silicon, germanium, silicon nitride, aluminum oxide,
  • Titanium dioxide a luminescent ceramic, such as YAG, be. Furthermore, it is possible that the substrate is a
  • PCB Printed Circuit Board, PCB, a metallic lead frame or any other type of connection carrier.
  • Substrate 1 at least one semiconductor chip 2 may be arranged.
  • the semiconductor chip comprises a III-V compound semiconductor material, for example gallium nitride.
  • the semiconductor chip 2 is preferably configured to emit radiation from the blue spectral range, for example between 440 nm and 480 nm, during operation of the optoelectronic component.
  • the semiconductor chip 2 is a
  • the conversion element 4 is arranged in the beam path of the semiconductor chip 2 and arranged to emit the signal emitted by the semiconductor chip
  • an adhesive layer 3 may be present between the conversion element 4 and the semiconductor chip 2.
  • the adhesive layer 3 may be a high refractive or a low refractive material.
  • the conversion element 4 may have a first phosphor 9 and a second phosphor 10.
  • the first phosphor 9 as Sr (Sr 1 - x Ca x) Si2Al 2 N 6: Eu 2 + and / or (Sr] __ y Ca y) [L1AI3N4]: Eu 2+ where 0 ⁇ x ⁇ 1 and 0 ⁇ y ⁇ 1, and the second phosphor 10, such as beta-SiAlON, in a matrix material, for example in silicone or
  • the optoelectronic component 100 may further optionally comprise a reflection element 5, for example
  • the reflection element 5 surrounds both the side surfaces of the semiconductor chip 2 and the
  • Optoelectronic component 100 is set up to emit white mixed light as total radiation G.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • the optoelectronic component 100 of FIG. 2 is shown in FIG. 2 .
  • the component 100 of FIG. 2 is thus without substrata and has contact webs 6.
  • the semiconductor chip 2 is in this case designed, in particular, as a top emitter or as a sapphire chip chip, that is to say has the contact webs 6 required for making contact with one
  • FIG. 3 shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • FIG. 3 differs from the component 100 of FIG. 1 in that it additionally has a lens 7.
  • the lens may for example be formed of silicone and the conversion element 4 directly, ie in direct
  • FIG. 4 shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • the device 100 of Figure 4 differs
  • the conversion element 4 is formed as a layer system 41, 42.
  • the conversion element 4 has a first layer 41, which has at least the first phosphor, and a second layer 42, which at least the second
  • the two layers 41, 42 are by a further adhesive layer, which may optionally be present, spatially separated from each other.
  • the second layer 42 is arranged between the first layer 41 and the semiconductor chip 2.
  • the second layer 42 is in particular configured to emit radiation from the green spectral range.
  • the first layer 41 is in particular configured to emit radiation from the red spectral range.
  • the semiconductor chip 2 is in particular configured to emit primary radiation from the blue spectral range, so that the
  • Total radiation G is a combination of the primary radiation of the semiconductor chip 2 and the two secondary radiations of the layers 41, 42 of the conversion element 4.
  • Total radiation G is then in particular white mixed light.
  • FIG. 5 shows a side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • Optoelectronic component 100 of FIG. 5 differs from optoelectronic component 100 of FIG. 4 in that the layers 41, 42 of conversion element 4 are interchanged. In other words, the first layer 41 in the device 100 of Figure 5 is now between the
  • FIG. 6 shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 according to FIG.
  • the optoelectronic component 100 of FIG. 6 is almost identical to the optoelectronic component Component 100 of FIG. 1 is constructed with the exception that the component of FIG. 6 additionally has a protective diode (ESD) 8.
  • This protective diode 8 can optionally be present in the component and laterally from the semiconductor chip 2
  • the protective diode 8 can be arranged on the substrate 1 within the recess 4 of a component.
  • the reflection element 5 may be part of a housing.
  • FIG. 7A shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 according to FIG.
  • the component of FIG. 7A differs from the component 100 of FIG. 6 in that the component 100 has a further semiconductor chip 21. In other words, the device 100 now has two
  • the two semiconductor chips 2, 21 are laterally spaced from one another and arranged on the substrate 1. Furthermore, optionally a protective diode (ESD) 8 may be present. The two semiconductor chips 2, 21 can be arranged in a common recess 12.
  • ESD protective diode
  • FIG. 7B shows a plan view of an optoelectronic component.
  • FIG. 7B shows the top view of a protective diode 8, the radiation exit area of the semiconductor chip 2, and the radiation exit area of the semiconductor chip 21.
  • FIGS. 8A and 8B show emission spectra according to an embodiment and an example of each
  • Total emission ie the emission of primary radiation and secondary radiation, the emission of a semiconductor chip in conjunction with a first and a second phosphor 8- 4.
  • the second, here green emitting phosphor is a beta-SiAlON.
  • the first phosphor is a beta-SiAlON.
  • Conventional LCD filter systems consist of three (blue, green and red) or four (blue, green, yellow and red) color filters.
  • the LCD filters usually have a full width at half maximum FWHM of
  • the transmitted light results from the superposition of the transmission of the individual color filters.
  • the filters in the visible spectral range thus creates certain gaps. Consequently, with a broadband, nearly continuous spectrum, some of the emitted LED light is absorbed in the filters.
  • narrow-band phosphors which emit in the region of the individual filter curves (FIGS. 8A and 8B). It is particularly important that the phosphors used, ie the first and second phosphors, each only within one
  • Figures 9A and 10A each show a CIE color standard chart. It is represented by the CIEy depending on CIEx. 9-1 or 10-1 corresponds here to the color space SRGB, 9-2 or 10-2 corresponds to the color space DCI-P3, 9-3 or 10-3 corresponds to the color space Adobe and 9-4 or 10-4 corresponds to the color space Rec2020 , In the pictures is also the covered color space by the LED and after
  • FIG. 9B respectively shows the corresponding coverage of the described color spaces in CxCy or u'v x coordinates by an optoelectronic component of an embodiment in which the primary radiation is emitted by a blue-emitting
  • FIG. 10B respectively shows the corresponding one
  • FIGS 9A and 9B show the data of a system of a semiconductor chip emitting primary radiation from the blue spectral region, a second phosphor beta- SiAlON and a first phosphor Sr (Sr ) ___
  • FIGS. 10A and 10B show the data of a system including a blue-emitting semiconductor chip 2, a beta-SiAlON as a second phosphor, and a first phosphor

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend einen Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer Primärstrahlung im blauen Spektralbereich, ein Konversionselement (4), das im Strahlengang des Halbleiterchips (2) angeordnet ist und zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung aus der Primärstrahlung eingerichtet ist, wobei das Konversionselement (4) zumindest einen ersten Leuchtstoff (9) und einen zweiten Leuchtstoff (10) umfasst, wobei der erste Leuchtstoff (9) Sr (Sr1-xCax) Si2AI2N6 :Eu2+ und/oder (Sr1-yCay) [LiAI3N4] :Eu2+ mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 ist, wobei eine aus dem Bauelement (100) austretende Gesamtstrahlung (G) weißes Mischlicht ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Hintergrundbeleuchtung für ein Display
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung eine Hintergrundbeleuchtung für ein Display. Optoelektronische Bauelemente, insbesondere Leuchtdioden (LEDs) , werden für die Hinterleuchtung von LCD-Filtern in modernen Fernsehern, Computermonitoren und vielen anderen Displays eingesetzt. Dies kann entweder direkt oder durch indirekte Ausleuchtung über einen Lichtleiter erfolgen. Zwei wesentliche Anforderungen an diese optoelektronischen
Bauelemente sind dabei einerseits eine maximale Helligkeit und andererseits eine Abdeckung eines größtmöglichen
Farbraums im CIE-Farbdiagramm. Herkömmliche LCD-Filtersysteme bestehen aus drei beziehungsweise vier Farbfiltern (blau, grün und rot beziehungsweise blau, grün, gelb und rot) .
Allerdings besitzen diese LCD-Filter eine breite
Halbwertsbreite (FWHM, füll wide half maximum) im Bereich von typischerweise 70 nm bis 120 nm. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das Strahlung im Betrieb des Bauelements effizient emittiert. Ferner ist es Aufgabe einer Erfindung, eine Hintergrundbeleuchtung für ein Display bereitzustellen, die Strahlung im Betrieb der
Hintergrundbeleuchtung effizient emittiert.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch eine Hintergrundbeleuchtung für ein Display gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 gelöst.
In zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer Primärstrahlung im blauen Spektralbereich eingerichtet. Das optoelektronische Bauelement weist ein Konversionselement auf. Das
Konversionselement ist im Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Das Konversionselement ist zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung aus der Primärstrahlung des Halbleiterchips eingerichtet. Das Konversionselement weist zumindest einen ersten Leuchtstoff und einen zweiten Leuchtstoff auf oder besteht daraus. Der erste Leuchtstoff ist entweder ein
Sr (Sr1--xCax) Si2Al2N6 :Eu2+ oder ein ( Sr1--yCay) [L1AI3N4 ] : Eu2 + oder eine Kombination aus beiden mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1. Die aus dem optoelektronischen Bauelement austretende
Gesamtstrahlung ist weißes Mischlicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das optoelektronische Bauelement ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, weißes Licht zu emittieren.
Unter „Gesamtstrahlung" wird hier und im Folgenden eine
Mischstrahlung aus einer von dem zumindest einen
Halbleiterchip emittierten Primärstrahlung und einer von dem Konversionselement emittierten Sekundärstrahlung verstanden, die letztendlich das Bauelement verlässt. Das
Mischungsverhältnis aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung kann durch die Zusammensetzung und die Konzentration der entsprechenden Leuchtstoffe im Konversionselement geregelt und gesteuert werden. Bei Vollkonversion kann die
Gesamtstrahlung auch lediglich die Sekundärstrahlung sein. Bei Teilkonversion kann die Gesamtstrahlung die Summe aus Primärstrahlung des Halbleiterchips und Sekundärstrahlung des Konversionselements sein. Die Sekundärstrahlung kann sich aus einer emittierten Strahlung von dem ersten Leuchtstoff und einer emittierten Strahlung von dem zweiten Leuchtstoff zusammensetzen .
Weißes Mischlicht des Bauelements wird hier insbesondere durch Teilkonversion erzeugt. Mit „weiß" wird hier und im Folgenden bezeichnet, dass die Gesamtstrahlung einen Farbort des CIE-Farbdiagramms mit Cx und Cy Wert entlang des
Planckschen Lokus oder bei dessen Isothermen aufweist. Für Hintergrundbeleuchtung liegen die Farborte bevorzugt bei Farbtemperaturen zwischen 7000 K und 25000 K. Beispielsweise kann der Farbort im Bereich von Cx 0,25-0,33 und Cy 0,22-0,33 liegen. Der Farbort bezeichnet hier Punkte in oder auf einem Farbkörper, welcher im Farbraum mit geeigneten Koordinaten in seiner Lage beschrieben wird. Der Farbort repräsentiert die für einen Betrachter wahrgenommene Farbe. Beim Farbort handelt es sich um eine Koordinate oder Koordinaten in von dem CIE (der internationalen Beleuchtungskommission)
verabschiedeten Normvalenzsystem. Als CIE Normalvalenzsystem wird hier und im Folgenden auf den Standard von 1931 bezogen. Das CIE-Farbdiagramm bildet die Gesamtheit aller
wahrnehmbaren Farben ab, das heißt den sichtbaren Teil der elektromagnetischen Strahlung. Innerhalb dieses Diagramms ist jede beliebige Farbe mittels drei Koordinaten Cx, Cy, Cz definiert, wobei zwei Koordinaten zur Farbbestimmung
ausreichen, da die Summe aller drei Koordinaten stets 1 ergeben muss, kann Cz daher leicht aus Cx und Cy errechnet werden. Eine solche Farbkoordinate wird hier als Farbort der Gesamtstrahlung bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement zumindest einen Halbleiterchip auf. Alternativ kann das optoelektronische Bauelement auch mehr als einen Halbleiterchip, beispielsweise einen weiteren Halbleiterchip, also zwei Halbleiterchips, aufweisen. Die Halbleiterchips können einen gleichen Aufbau aufweisen. Der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip weist eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn- Übergang und/oder mit einem oder mit mehreren
Quantentopfstrukturen . Die Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-
Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN, oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie
AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs mit 0 ^ x ^ 1 handeln. 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. Im Betrieb des zumindest einen Halbleiterchips oder von zwei Halbleiterchips wird jeweils in der aktiven Schicht eine Primärstrahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder das
Wellenlängenmaximum der Primärstrahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder IR- Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm bis einschließlich 800 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und einschließlich 480 nm. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip im Betrieb dazu
eingerichtet, Primärstrahlung aus dem blauen Spektralbereich zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der blaue
Spektralbereich des Halbleiterchips zumindest ein oder genau ein Peakwellenmaximum zwischen einschließlich 380 nm und einschließlich 480 nm auf.
Hier und im Folgenden bezeichnen Farbangaben in Bezug auf emittierende Konversionselemente und/oder Gesamtstrahlung und/oder emittierende Halbleiterchips den jeweiligen
Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen weiteren Halbleiterchip auf. Der weitere Halbleiterchip ist insbesondere dazu
eingerichtet, im Betrieb eine weitere Primärstrahlung aus dem blauen Spektralbereich zu emittieren. Dabei ergibt sich die Gesamtprimärstrahlung aus der Primärstrahlung des ersten Halbleiterchips und des weiteren Halbleiterchips. Der
Halbleiterchip und der weitere Halbleiterchip sind
insbesondere in einer gemeinsamen Ausnehmung eines Gehäuses eines optoelektronischen Bauelements angeordnet. Insbesondere ist dann das Konversionselement als Verguss ausgeformt und umgibt beide Halbleiterchips formschlüssig. Mit
„formschlüssig" wird hier und im Folgenden bezeichnet, dass das Konversionselement sowohl die Strahlungsaustrittsflächen als auch die Seitenflächen der jeweiligen Halbleiterchips direkt mechanisch und/oder elektrisch umgibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses ein Konversionselement auf. Das Konversionselement ist im Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Insbesondere ist das Konversionselement direkt auf dem Halbleiterchip, also auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, angeordnet. „Direkt" meint hier und im Folgenden, dass das Konversionselement unmittelbar auf der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet ist. Es sind also keine weiteren Schichten oder Elemente zwischen dem Halbleiterchip und dem Konversionselement, wie
Klebeschichten, vorhanden. Alternativ kann das
Konversionselement und der Halbleiterchip auch voneinander räumlich beabstandet sein. Beispielsweise kann zwischen dem Halbleiterchip und dem Konversionselement eine Klebeschicht angeordnet sein. Das Konversionselement ist dazu eingerichtet, die von dem zumindest einen Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung oder die Gesamtprimärstrahlung zumindest teilweise zu
absorbieren und in eine Sekundärstrahlung, vorzugsweise mit einer Wellenlänge verschieden von der Wellenlänge der
Primärstrahlung, insbesondere längerer Wellenlänge, zu konvertieren. Das Konversionselement umfasst zumindest einen ersten Leuchtstoff und/oder einen zweiten Leuchtstoff oder besteht daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Leuchtstoff ein Sr (Sr1--xCax) Si2Al2N6 :Eu2 + mit 0 < x < 1, vorzugsweise mit 0,5 -S x -S 1, beispielsweise x = 0,6. Der erste Leuchtstoff kann ein Sr2Si2Al2 g : Eu2 + sein, wenn x = 0 ist. Der erste Leuchtstoff ist mit Europium, insbesondere mit
Eu2+, dotiert. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Leuchtstoff weitere Dotanden, beispielsweise aus der Gruppe der seltenen Erden, wie Cer, Yttrium, Terbium, Skandium, Ytterbium und/oder Samarium, aufweisen. Europium oder weitere Dotanden können die Gitterplätze des Sr und/oder Ca teilweise ersetzen .
Der Anteil an den Dotanden, insbesondere Europium, kann zwischen 0,1 Gew% und 12 Gew%, beispielsweise 6 Gew% bis 9 Gew%, sein.
Der erste Leuchtstoff Sr (Sr]__xCax) S12AI2 6 :Eu2+ kann
insbesondere einen Farbort Cx zwischen 0,655 und 0,685 und Cy zwischen 0,300 und 0,350 aufweisen. Das Emissionsspektrum des ersten Leuchtstoffs Sr (Sr]__xCax) Si2Al2 g :Eu2+ weist
insbesondere eine Halbwertsbreite von maximal 82 nm auf.
Damit kann ein schmalbandig emittierender erster Leuchtstoff, der insbesondere Strahlung aus dem roten Spektralbereich emittiert, bereitgestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Leuchtstoff ein (Sr1--yCay) [L1AI3N4] :Eu2+ mit 0 < y < 1, vorzugsweise mit 0,5 -S y -S 1, beispielsweise y = 0,6. Der erste Leuchtstoff kann ein Sr[LiAl3Nz[] :Eu2+ sein, wenn y = 0 ist. Der erste Leuchtstoff weist eine Europiumdotierung, insbesondere eine Eu2+-Dotierung, auf. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Leuchtstoff (Sr]__ yCay) [L1AI3N4 ] : Eu2 " weitere Dotanden, beispielsweise aus der Gruppe der seltenen Erden oder Lanthanide, aufweisen.
Europium oder weitere Dotanden können die Gitterplätze von Sr und/oder Ca teilweise ersetzen. Der Farbort des ersten
Leuchtstoffs Cx ist insbesondere zwischen 0,680 und 0,715 und Cy zwischen 0,280 und 0,320. Das Emissionsspektrum des ersten
Leuchtstoffs (Sr]__yCay) [L1AI3N4 ] : Eu^ " weist vorzugsweise eine Halbwertsbreite eines Peaks von maximal 55 nm auf.
Die hier beschriebenen Farborte sind insbesondere Farborte, die bei einer Anregungswellenlänge des ersten Leuchtstoffs aus dem blauen Spektralbereich, beispielsweise bei 460 nm, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert der erste Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge zwischen einschließlich 590 nm und einschließlich 640 nm. Insbesondere erfolgt dann die Anregung des ersten Leuchtstoffs bei einer Wellenlänge zwischen 440 nm und 470 nm, beispielsweise 460 nm.
Vorzugsweise weist der erste Leuchtstoff Sr(Sr]__
xCax) Si2Al2 g : Eu2+ eine Dominanzwellenlänge zwischen
einschließlich 595 nm bis 625 nm auf. Vorzugsweise weist der erste Leuchtstoff (Sr1--yCay) [L1AI3N4] :Eu2+ eine
Dominanzwellenlänge zwischen einschließlich 623 nm und 633 nm auf. Die Dominanzwellenlänge ist die Wellenlänge, die den Farbton beschreibt, wie ihn das menschliche Auge empfindet. Peakwellenlänge stellt dagegen die Wellenlänge des Maximums der spektralen Verteilung dar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff auf. Der zweite Leuchtstoff ist insbesondere dazu eingerichtet, Strahlung aus dem grünen und/oder gelben Spektralbereich zu emittieren. Insbesondere ist der zweite Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die Erdalkaliorthosilikate, SiAlONe, Aluminate und SiONe umfasst. Vorzugsweise ist der zweite Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die (Ba, Sr) 2S1O4 , beta-SiAlON,
( Y, Lu) 3 (AI , Ga) 50]_2 und Ba-SiON umfasst. Der zweite
Leuchtstoff ist insbesondere mit seltenen Erden und/oder Lanthanoiden, beispielsweise mit Europium (Eu2+) , Cer (Ce^+) oder Kombinationen daraus, dotiert, wie (Ba, Sr) 2S1O4 : Eu2 + , beta-SiA10N:Eu2+, ( Y, Lu) 3 (AI , Ga) 5012 : Ce3+ und Ba-SiO : Eu2+ .
Der zweite Leuchtstoff emittiert insbesondere eine Strahlung mit einer Peakwellenlänge aus dem Spektralbereich zwischen einschließlich 510 nm und einschließlich 590 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Orthosilikat . Vorzugsweise ist der zweite Leuchtstoff ein Erdalkaliorthosilikat , der mit seltenen
Erden, beispielsweise Eu2+, dotiert ist. Insbesondere ist der
Orthosilikat ein (Ba, Sr) 2S1O4 : Eu2+ . Der zweite Leuchtstoff emittiert insbesondere eine Strahlung mit einer
Peakwellenlänge aus dem Spektralbereich zwischen
einschließlich 520 nm und einschließlich 550 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein beta-SiAlON. Ein beta-SiAlON ist ein
keramischer Leuchtstoff, der Elemente aus Silizium,
Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff in einem beliebigen
Verhältnis und Zusammensetzung aufweist. Beta-SiAlONe sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden an dieser Stelle daher nicht näher erläutert. Der zweite Leuchtstoff emittiert insbesondere eine Strahlung mit einer Peakwellenlänge aus dem Spektralbereich zwischen einschließlich 520 nm und
einschließlich 550 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Yttriumaluminiumgranat. Vorzugsweise ist der zweite Leuchtstoff ein (Y, Lu) 3 (AI , Ga) 5O12 : Ce^+ . Der
Leuchtstoff kann also ein Aluminium und/oder Gallium und Yttrium und/oder Lutetium aufweisen. Zudem kann der zweite Leuchtstoff auch geringe Mengen an Gadolinium und/oder
Dysprosium enthalten. Der zweite Leuchtstoff emittiert insbesondere eine Strahlung mit einer Peakwellenlänge aus dem Spektralbereich zwischen einschließlich 530 nm und
einschließlich 550 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Ba-SiO : Eu^ " . Mit anderen Worten weist der zweite Leuchtstoff neben Barium als Erdalkalimetall Silizium, Sauerstoff und Stickstoff in einem beliebigen Verhältnis und Zusammensetzung auf. Ba-SiONe sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert. Der zweite Leuchtstoff emittiert insbesondere eine Strahlung mit einer Peakwellenlänge aus dem Spektralbereich zwischen einschließlich 480 nm und einschließlich 530 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff dazu eingerichtet, Strahlung aus dem grünen und/oder gelben Spektralbereich zu emittieren. Vorzugsweise liegt die Anregungswellenlänge des zweiten Leuchtstoffs im blauen Spektralbereich, beispielsweise bei 460 nm.
Insbesondere weisen die zweiten Leuchtstoffe, vorzugsweise der beta-SiAlON, einen Farbort Cx = 0,280 bis 0,330 und Cy von 0, 630 bis 0, 680 auf. Alternativ kann der Farbort des zweiten Leuchtstoffs, insbesondere für (Ba, Sr) 2S1O4 : Eu^+ , Cx = 0,33 bis 0,380 und Cy = 0,590 und 0,650 sein. Alternativ kann der Farbort, insbesondere für
(Y, Lu) 3 (AI, Ga) 5012 :Ce3+, Cx = 0,340 bis 0,380 und Cy = 0,550 bis 0,580 sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement zumindest einen Halbleiterchip zur Erzeugung einer Primärstrahlung aus dem blauen
Wellenlängenbereich und ein Konversionselement, das genau zwei Leuchtstoffe aufweist, auf. Der blau emittierende
Halbleiterchip weist beispielsweise eine Peakwellenlänge von einschließlich 380 nm bis einschließlich 480 nm auf. Die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung wird von den beiden Leuchtstoffen, dem ersten Leuchtstoff und zweiten
Leuchtstoff, absorbiert und konvertiert. Der erste
Leuchtstoff konvertiert zumindest teilweise die Strahlung in eine Sekundärstrahlung aus dem roten Spektralbereich. Der zweite Leuchtstoff konvertiert die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung aus dem grünen oder gelbgrünen Spektralbereich, sodass die Kombination aus
Primärstrahlung und Sekundärstrahlungen weißes Mischlicht ergibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Primärstrahlung, Sekundärstrahlung des ersten Leuchtstoffs und/oder Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs
schmalbandig ausgeformt. Mit anderen Worten weisen die Peaks der entsprechenden Emissionsspektren eine Halbwertsbreite FWHM von maximal 82 nm, vorzugsweise maximal 55 nm, auf.
Damit kann ein optoelektronisches Bauelement mit einem großen Farbraum bereitgestellt werden, das effizient Gesamtstrahlung emittiert. Zudem muss weniger Leuchtstoff eingesetzt werden. Damit kann Material und Kosten gespart werden. Zudem ist die Herstellung einfacher und kostengünstiger im Vergleich zu einer LED, die aus drei, einem blau emittierenden, einem grün emittierenden und einem rot emittierenden
Halbleiterbauelement aufgebaut sind
Vorzugsweise kann ein weiß emittierendes optoelektronisches Bauelement bereitgestellt werden, das kostengünstig und einfach erzeugbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste
Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff in einem
Matrixmaterial dispergiert. Als Matrixmaterial können
beispielsweise Silikone, wie Dimethylvinylsiloxane und/oder Vinylalkylpolysiloxane verwendet werden. Alternativ kann als Matrixmaterial auch Epoxyharz oder Hybridmaterialien, beispielsweise Ormocere, verwendet werden.
Das Konversionselement ist vorzugsweise direkt auf der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet. Das Konversionselement, das den ersten Leuchtstoff und zweiten Leuchtstoff dispergiert in einem Matrixmaterial aufweist, kann als Verguss ausgeformt sein. Dabei kann das
Konversionselement sowohl die Strahlungsaustrittsfläche als auch die Seitenflächen des zumindest einen Halbleiterchips Stoff- und/oder formschlüssig umgeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement als Schichtsystem ausgeformt. Das
Schichtsystem weist zumindest zwei Schichten, eine erste Schicht und eine zweite Schicht, auf. Die erste Schicht kann den ersten Leuchtstoff aufweisen oder daraus bestehen. Die erste Schicht kann zusätzlich ein Matrixmaterial aufweisen. Die zweite Schicht kann den zweiten Leuchtstoff umfassen oder aus diesem bestehen. Die zweite Schicht kann zusätzlich ein Matrixmaterial aufweisen. Die erste Schicht kann zwischen dem Halbleiterchip und der zweiten Schicht angeordnet sein.
Alternativ kann die zweite Schicht zwischen dem
Halbleiterchip und der ersten Schicht im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet sein.
Ist die erste Schicht zwischen dem Halbleiterchip und der zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies, dass die erste Schicht dem Halbleiterchip direkt nachgeordnet ist. Ist die zweite Schicht zwischen dem Halbleiterchip und der ersten Schicht angeordnet, so bedeutet dies, dass die zweite Schicht dem Halbleiterchip in Strahlungsrichtung direkt nachgeordnet ist .
Die einzelnen Schichten des Schichtsystems des
Konversionselements können eine Schichtdicke von 20 ym bis 200 ym aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Schichten des Schichtsystems als Keramik ausgeformt. Alternativ können die Leuchtstoffe der entsprechenden Schichten als Partikel ausgeformt sein und in dem Matrixmaterial eindispergiert sein. Dabei kann der Anteil des
dispergierten Leuchtstoffs in dem Matrixmaterial zwischen 1 Gew% und 50 Gew% SθϊΠ .
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Vorzugsweise wird mit diesem Verfahren das oben beschriebene optoelektronische Bauelement hergestellt. Dabei gelten alle Definitionen und Ausführungen für das Verfahren wie oben für das
optoelektronische Bauelement angegeben und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die Schritte auf :
A) Bereitstellen eines Halbleiterchips zur Erzeugung einer Primärstrahlung im blauen Spektralbereich,
B) Bereitstellen eines Konversionselements, das im
Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet ist und zur
Erzeugung einer Sekundärstrahlung aus der Primärstrahlung eingerichtet ist. Das Konversionselement weist zumindest einen ersten und zweiten Leuchtstoff auf, wobei der erste Leuchtstoff Sr (Sr]__xCax) Si2Al2 g :Eu2+ und/oder (Sr]__ yCay) [L1AI3N4] :Eu2+ mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1 ist.
Insbesondere emittiert das Bauelement weißes Mischlicht, vorzugsweise in Betrieb des Bauelements.
Die Erfindung betrifft ferner eine Hintergrundbeleuchtung für ein Display. Vorzugsweise weist die Hintergrundbeleuchtung das oben beschriebene optoelektronische Bauelement auf. Dabei gelten alle gemachten Definitionen und Ausführungen für das optoelektronische Bauelement auch für die
Hintergrundbeleuchtung für ein Display und umgekehrt.
Insbesondere wird das hier beschriebene optoelektronische Bauelement als Hintergrundbeleuchtung für Fernseher,
Computermonitore und andere mögliche Displays, eingesetzt. Alternativ kann das optoelektronische Bauelement auch als Raumbeleuchtung eingesetzt werden. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Die Figuren 1 bis 7A jeweils eine Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figur 7B eine Draufsicht auf ein optoelektronisches
Bauelement der Figur 7A gemäß einer
Ausführungsform, die Figuren 8A und 8B Emissionsspektren gemäß einer
Ausführungsform, die Figuren 9A bis 10B CIE-Farbdiagramme und die zugehörigen
Daten gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind 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 groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 100 weist ein Substrat 1 auf. Das Substrat 1 kann beispielsweise ein Halbleiter- oder Keramikwafer, zum Beispiel ein geformtes Material aus Saphir, Silizium, Germanium, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid,
Titandioxid, einer lumineszierenden Keramik, wie zum Beispiel YAG, sein. Ferner ist es möglich, dass das Substrat ein
Printed Circuit Board, PCB, ein metallischer Leiterrahmen oder eine andere Art von Verbindungsträger ist. Auf dem
Substrat 1 kann zumindest ein Halbleiterchip 2 angeordnet sein. Der Halbleiterchip umfasst insbesondere ein III-V- Verbindungshalbleitermaterial, zum Beispiel Galliumnitrid. Der Halbleiterchip 2 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, im Betrieb des optoelektronischen Bauelements Strahlung aus dem blauen Spektralbereich, beispielsweise zwischen 440 nm und 480 nm, zu emittieren. Dem Halbleiterchip 2 ist ein
Konversionselement 4 nachgeordnet. Das Konversionselement 4 ist im Strahlengang des Halbleiterchips 2 angeordnet und dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip emittierte
Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung mit veränderter, meist längerer, Wellenlänge zu konvertieren. Zwischen dem Konversionselement 4 und dem Halbleiterchip 2 kann optional eine Klebeschicht 3 vorhanden sein. Die Klebeschicht 3 kann ein hochbrechendes oder ein niedrigbrechendes Material sein. Das Konversionselement 4 kann einen ersten Leuchtstoff 9 und einen zweiten Leuchtstoff 10 aufweisen. Der erste Leuchtstoff 9, wie Sr (Sr1--xCax) Si2Al2N6 :Eu2 + und/oder (Sr]__ yCay) [L1AI3N4] :Eu2+ mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1, und der zweite Leuchtstoff 10, wie beispielsweise beta-SiAlON, können in einem Matrixmaterial, beispielsweise in Silikon oder
Epoxy, eingebettet sein. Je nach Wahl des Matrixmaterials und nach dessen Brechungsindex kann die Klebeschicht 3 gewählt sein. Das optoelektronische Bauelement 100 kann ferner optional ein Reflexionselement 5, beispielsweise aus
Titandioxid, aufweisen. Das Reflexionselement 5 umgibt sowohl die Seitenflächen des Halbleiterchips 2 als auch die
Seitenflächen des Konversionselements 4. Das
optoelektronische Bauelement 100 ist dazu eingerichtet, als Gesamtstrahlung G weißes Mischlicht zu emittieren.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 100 der Figur 2
unterscheidet sich von dem der Figur 1 dadurch, dass das Bauelement kein Substrat 1 aufweist. Das Bauelement 100 der Figur 2 ist also substratlos und weist Kontaktstege 6 auf. Der Halbleiterchip 2 ist hier insbesondere als Topemitter oder als Saphirflipchip ausgeformt, weist also die zur Kontaktierung erforderlichen Kontaktstege 6 an einer
Seitenfläche auf.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 3 unterscheidet sich von dem Bauelement 100 der Figur 1 dadurch, dass es zusätzlich eine Linse 7 aufweist. Die Linse kann beispielsweise aus Silikon geformt sein und dem Konversionselement 4 direkt, also in direktem
mechanischem und elektrischem Kontakt, nachgeordnet sein. Die Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der Figur 4 unterscheidet sich
beispielsweise von dem Bauelement 100 der Figur 1 dadurch, dass das Konversionselement 4 als Schichtsystem 41, 42 ausgeformt ist. Das Konversionselement 4 weist eine erste Schicht 41, die zumindest den ersten Leuchtstoff aufweist, und eine zweite Schicht 42, die zumindest den zweiten
Leuchtstoff aufweist, auf. Die beiden Schichten 41, 42 sind durch eine weitere Klebeschicht, die optional vorhanden sein kann, voneinander räumlich getrennt. Im Fall des Bauelements 100 der Figur 4 ist die zweite Schicht 42 zwischen der ersten Schicht 41 und dem Halbleiterchip 2 angeordnet. Die zweite Schicht 42 ist insbesondere dazu eingerichtet, Strahlung aus dem grünen Spektralbereich zu emittieren. Die erste Schicht 41 ist insbesondere dazu eingerichtet, Strahlung aus dem roten Spektralbereich zu emittieren. Der Halbleiterchip 2 ist insbesondere dazu eingerichtet, Primärstrahlung aus dem blauen Spektralbereich zu emittieren, sodass die
Gesamtstrahlung G eine Kombination aus der Primärstrahlung des Halbleiterchips 2 und den beiden Sekundärstrahlungen der Schichten 41, 42 des Konversionselements 4 sind. Die
Gesamtstrahlung G ist dann insbesondere weißes Mischlicht.
Die Figur 5 zeigt eine Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das
optoelektronische Bauelement 100 der Figur 5 unterscheidet sich von dem optoelektronischen Bauelement 100 der Figur 4 dadurch, dass die Schichten 41, 42 des Konversionselements 4 vertauscht sind. Mit anderen Worten ist die erste Schicht 41 bei dem Bauelement 100 der Figur 5 nun zwischen dem
Halbleiterchip 2 und der zweiten Schicht 42 angeordnet. Mit anderen Worten ist somit die rot emittierende erste Schicht 41 des Konversionselements 4 dem Halbleiterchip 2
nachgeordnet und die grün, gelb oder grüngelb emittierende zweite Schicht 42 des Konversionselements 4 der rot
emittierenden ersten Schicht 41 nachgeordnet. Die Figur 6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 100 der Figur 6 ist nahezu identisch wie das optoelektronische Bauelement 100 der Figur 1 aufgebaut mit Ausnahme, dass das Bauelement der Figur 6 zusätzlich eine Schutzdiode (ESD) 8 aufweist. Diese Schutzdiode 8 kann optional in dem Bauelement vorhanden sein und lateral von dem Halbleiterchip 2
beabstandet sein. Die Schutzdiode 8 kann auf dem Substrat 1 innerhalb der Ausnehmung 4 eines Bauelements angeordnet sein. Das Reflexionselement 5 kann Teil eines Gehäuses sein.
Die Figur 7A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das Bauelement der Figur 7A unterscheidet sich von dem Bauelement 100 der Figur 6 dadurch, dass das Bauelement 100 einen weiteren Halbleiterchip 21 aufweist. Mit anderen Worten weist das Bauelement 100 nun zwei
Halbleiterchips 2, 21 auf. Die beiden Halbleiterchips 2, 21 sind lateral voneinander beabstandet und auf dem Substrat 1 angeordnet. Ferner kann optional eine Schutzdiode (ESD) 8 vorhanden sein. Die beiden Halbleiterchips 2, 21 können in einer gemeinsamen Ausnehmung 12 angeordnet sein. Das
Konversionselement 4 ist in dem Fall als Verguss ausgeführt und weist vorzugsweise den ersten Leuchtstoff und zweiten Leuchtstoff dispergiert in einem Matrixmaterial auf (hier nicht gezeigt) . Die Figur 7B zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement. Insbesondere zeigt die Figur 7B die Draufsicht auf eine Schutzdiode 8, auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 2 und auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 21.
Die Figuren 8A und 8B zeigen Emissionsspektren gemäß einer Ausführungsform und jeweils ein Beispiel für das
Transmissionsprofil eines blauen 8-1, grünen 8-2 und roten 8-3 Farbfilters. Es ist in beiden Figuren die relative
Intensität Irei in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm gezeigt. Die Figuren 8A und 8B zeigen jeweils die
Gesamtemission, also die Emission aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlungen, die Emission eines Halbleiterchips in Verbindung mit einem ersten und einem zweiten Leuchtstoff 8- 4. Im Falle der Figuren 8A und 8B ist der zweite, hier grün emittierende Leuchtstoff jeweils ein beta-SiAlON. Im Falle der Figur 8A ist der erste Leuchtstoff ein
Sr (Ca, Sr) Si2Al2 6 :Eu2+ . Im Falle der Figur 8B ist der erste
Leuchtstoff ein ( Sr, Ca) [LiAl3Ni4 ] : Eu2+ . Herkömmliche LCD- Filtersysteme bestehen aus drei (blau, grün und rot) oder vier (blau, grün, gelb und rot) Farbfiltern. Die LCD-Filter besitzen in der Regel eine Halbwertsbreite FWHM von
typischerweise 70 nm bis 120 nm, in der die Transmission elektrisch gesteuert werden kann. Hierbei ergibt sich das transmittierte Licht aus der Superposition der Transmission der einzelnen Farbfilter. An den Übergangsstellen zwischen den Filtern im sichtbaren Spektralbereich entstehen somit gewisse Lücken. Folglich wird bei einem breitbandigen nahezu kontinuierlichen Spektrum ein gewisser Teil des emittierten LED-Lichts in den Filtern absorbiert. Um die maximale emittierte Lichtmenge von dem Bauelement bei vollständig geöffneten Filtern auf der Bildschirmoberfläche erhalten zu können, ist es daher vorteilhaft, schmalbandige Leuchtstoffe zu verwenden, die im Bereich der einzelnen Filterkurven emittieren (Figuren 8A und 8B) . Hierbei ist es besonders wichtig, dass die eingesetzten Leuchtstoffe, also die ersten und zweiten Leuchtstoffe, jeweils nur innerhalb eines
Filterbereichs emittieren, um einen möglichst großen Farbraum gewährleisten zu können, wobei die Eigenschaften eines optoelektronischen Bauelements durch unterschiedliche Leuchtstoffe entsprechend angepasst werden können. Der Trend geht immer mehr zu größeren Farbräumen, zum Beispiel DCI-P3 oder Rec2020. Daher werden spektral besonders gut angepasste Leuchtstoffe benötigt, die dies ermöglichen.
Die Figuren 9A und 10A zeigen jeweils ein CIE- Farbnormdiagramm. Es ist die CIEy in Abhängigkeit von CIEx dargestellt. 9-1 oder 10-1 entspricht hier dem Farbraum SRGB, 9-2 oder 10-2 entspricht dem Farbraum DCI-P3, 9-3 oder 10-3 entspricht dem Farbraum Adobe und 9-4 oder 10-4 entspricht dem Farbraum Rec2020. In den Abbildungen ist zusätzlich noch der abgedeckte Farbraum durch die LED und nach
Filterbewertung dargesetellt . Dieser durch das Bauteil erreichbare Farbraum deckt sich nahezu perfekt mit dem DCI-P3 Farbraum (9-2 bzw. 10-2) . Diese Farbräume sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert. Die Figur 9B zeigt jeweils die entsprechende Abdeckung der beschriebenen Farbräume in CxCy bzw. u'vx Koordinaten durch ein optoelektronisches Bauelement einer Ausführung bei der die Primärstrahlung durch einen blau emittierenden
Halbleiterchip erzeugt wird und die Sekundärstrahlung durch einen ersten Leuchtstoff, der hier Sr (Sr]__xCax) S12AI2 6 :Eu2+ ist, und durch einen zweiten Leuchtstoff, der hier ein beta- SiAlON ist. Figur 10B zeigt jeweils die entsprechende
Abdeckung der beschriebenen Farbräume in CxCy bzw. uxvx
Koordinaten durch ein optoelektronisches Bauelement einer Ausführung bei der die Primärstrahlung durch einen blau emittierenden Halbleiterchip erzeugt wird und die
Sekundärstrahlung durch einen ersten Leuchtstoff, der hier (Sr]__yCay) [LiA^Ni^ :Eu2+ ist, und durch einen zweiten
Leuchtstoff, der hier ein beta-SiAlON ist. Die Figuren 9A und 9B zeigen die Daten eines Systems aus einem Halbleiterchip, welches Primärstrahlung aus dem blauen Spektralbereich emittiert, eines zweiten Leuchtstoffs beta- SiAlON und eines ersten Leuchtstoffs Sr(Sr]__
xCax) Si2Al2 g : Eu2+ . Die Figuren 10A und 10B zeigen die Daten eines Systems, das einen blau emittierenden Halbleiterchip 2, einen beta-SiAlON als zweiten Leuchtstoff und einen ersten
Leuchtstoff vom Typ (Sr]__yCay) [L1AI3N4 ] Eu^+aufweist . Die
Bezugszeichen 9-5 beziehungsweise 10-5 bezeichnen den
Weißpunkt des CIE-Farbnormdiagramms .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 120 775.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
1 Substrat
2 Halbleiterchip
3 Klebeschicht
4 Konversionselement
5 Reflexionselement oder Gehäuse
6 Kontaktstege
7 Linse
8 Schutzelektrode
9 erster Leuchtstoff
10 zweiter Leuchtstoff
11 Matrixmaterial
G Gesamtemission
12 Ausnehmung
21 weiterer Halbleiterchip
31 weitere Klebeschicht
41 erste Schicht
42 zweite Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend
- einen Halbleiterchip (2) zur Erzeugung einer
Primärstrahlung im blauen Spektralbereich,
- ein Konversionselement (4), das im Strahlengang des
Halbleiterchips (2) angeordnet ist und zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung aus der Primärstrahlung eingerichtet ist, wobei das Konversionselement (4) zumindest einen ersten
Leuchtstoff (9) und einen zweiten Leuchtstoff (10) umfasst, wobei der erste Leuchtstoff (9) Sr (Sr]__xCax) S12AI2 5 :Eu2+ und/oder (Sr1--yCay) [L1AI3N4] :Eu2+ mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1 ist,
wobei eine aus dem Bauelement (100) austretende
Gesamtstrahlung (G) weißes Mischlicht ist.
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Leuchtstoff (9) Sr (Sr]__xCax) S12AI2N6 rEu2 " einen Farbort Cx zwischen 0,655 und 0,685 und Cy zwischen 0,300 und 0,350 aufweist und/oder wobei das Emissionsspektrum des ersten Leuchtstoffs (9) Sr (Sr]__xCax) S12AI2N6 rEu2 " eine
Halbwertsbreite von maximal 82 nm aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Leuchtstoff (9) (Sr]__yCay) [LiAl3 4 ] : Eu24" einen Farbort Cx zwischen 0,680 und 0,715 und Cy zwischen 0,280 und 0,320 aufweist und/oder wobei das Emissionsspektrum des ersten Leuchtstoffs (9) (Sr]__yCay) [L1AI3N4 ] : Eu2+ eine Halbwertsbreite von maximal 55 nm aufweist.
4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine emittierte Strahlung des ersten Leuchtstoffs eine Dominanzwellenlänge im Bereich von 590 nm bis 640 nm
aufweist.
5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionselement (4) einen zweiten Leuchtstoff (10) aufweist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die
(Ba, Sr) 2Si04, beta-SiAlON, (Y, Lu) 3 (AI , Ga) 5012 und Ba-SiON umfasst, wobei der zweite Leuchtstoff (10) mit seltenen Erden dotiert ist und dazu eingerichtet ist, Strahlung mit einer Peakwellenlänge aus dem Spektralbereich zwischen 510 nm und 590 nm zu emittieren.
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
wobei der zweite Leuchtstoff (10) ein beta-SiAlON ist.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei erste Leuchtstoff (9) und der zweite Leuchtstoff (10) in einem Matrixmaterial (11) dispergiert ist und direkt einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips (2)
nachgeordnet ist.
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionselement (4) als Schichtsystem aus mindestens zwei Schichten (41, 42) ausgeformt ist, wobei die erste Schicht (41) den ersten Leuchtstoff (9) und die zweite Schicht (42) den zweiten Leuchtstoff (10) aufweist, wobei die erste Schicht (41) zwischen dem Halbleiterchip (2) und der zweiten Schicht (42) angeordnet ist.
9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionselement (4) als Schichtsystem aus mindestens zwei Schichten (41 ,42) ausgeformt ist, wobei die erste Schicht (41) den ersten Leuchtstoff (9) und die zweite Schicht (42) den zweiten Leuchtstoff (10) aufweist, wobei die zweite Schicht (42) zwischen dem Halbleiterchip (2) und der ersten Schicht (41) angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das einen weiteren Halbleiterchip (21) aufweist, der zur Erzeugung einer weiteren Primärstrahlung im blauen
Spektralbereich eingerichtet ist, wobei die Hableiterchips (2, 21) in einer gemeinsamen Ausnehmung (12) angeordnet sind, wobei das Konversionselement (4) als Verguss ausgeformt ist und beide Halbleiterchips (2, 21) formschlüssig umgibt.
11. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der blaue Spektralbereich ein Peakwellenmaximum
zwischen 380 nm und 480 nm aufweist.
12. Hintergrundbeleuchtung für ein Display, das zumindest ein optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der Ansprüche
1 bis 11 aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweisend die Schritte : A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (2) zur Erzeugung einer Primärstrahlung im blauen Spektralbereich,
B) Bereitstellen eines Konversionselements (4), das im
Strahlengang des Halbleiterchips (2) angeordnet ist und zur Erzeugung einer Sekundärstrahlung aus der Primärstrahlung eingerichtet ist, wobei das Konversionselement (4) zumindest einen ersten und zweiten Leuchtstoff (9, 10) aufweist, wobei der erste Leuchtstoff (9) Sr (Sr]__xCax) S12AI2 5 :Eu2+ und/oder (Sr1--yCay) [L1AI3N4] :Eu2+ mit 0 < x < 1 und 0 < y < 1 ist, wobei das Bauelement (100) weißes Mischlicht zumindest im Betrieb emittiert.
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