WO2018108988A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2018108988A1
WO2018108988A1 PCT/EP2017/082579 EP2017082579W WO2018108988A1 WO 2018108988 A1 WO2018108988 A1 WO 2018108988A1 EP 2017082579 W EP2017082579 W EP 2017082579W WO 2018108988 A1 WO2018108988 A1 WO 2018108988A1
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glass
optoelectronic component
conversion element
radiation
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Ion Stoll
Daniel Bichler
Alexander Baumgartner
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
Osram Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component and to a method for producing an optoelectronic component
  • the optoelectronic components usually have conversion elements with a green and a red one
  • oxinitridic host lattices with europium or cerium doping are not yet known.
  • the object of the invention is an optoelectronic
  • Another task is a
  • the optoelectronic component comprises a layer sequence with an active layer, which emits electromagnetic primary radiation during operation of the component, and a
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “over” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element is directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • further layers and / or elements can then be arranged between the one or the other layer or between the one or the other element.
  • this includes
  • the first phosphor of the formula (Mg, Ca, Sr, Ba) (Si, i) 2 O 2 N 2 : Yb 2+ is adapted to to at least partially convert the electromagnetic primary radiation into an electromagnetic secondary radiation in the red region of the electromagnetic spectrum.
  • An oxidic glass or an oxide ceramic is to be understood here and below as meaning that the glass or the ceramic contains predominantly oxides, preferably metal oxides.
  • the oxide glass or the oxide ceramic may contain S1O 2 as the main component.
  • the conversion element Due to the oxidic glass or the oxide ceramic, the conversion element is stable against temperature, humidity and radiation exposure, which it in an optoelectronic
  • Optoelectronic device on a prolonged life for example, compared to optoelectronic
  • That a phosphor at least partially converts the electromagnetic primary radiation into an electromagnetic one
  • Secondary radiation means that the electromagnetic primary radiation is partly from the
  • the optoelectronic component emits a total radiation, which is composed of the primary radiation and the secondary radiation.
  • the primary radiation can also be completely converted into secondary radiation. Under a complete conversion becomes a
  • the optoelectronic component emits a mixed radiation of primary radiation and secondary radiation, a mixed radiation of secondary radiation (different phosphors) or only secondary radiation as total radiation.
  • layer sequence is to be understood as meaning a layer sequence comprising more than one layer, for example a sequence of a p-doped and an n-doped semiconductor layer, wherein the layers are arranged one above the other and wherein at least one active layer is contained, the primary electromagnetic radiation
  • the layer sequence can be used as an epitaxial layer sequence or as a radiation-emitting semiconductor chip with a
  • the layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlN. InGaAlN-based semiconductor chips and
  • Semiconductor layer sequences are in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence has a layer sequence of different individual layers
  • Semiconductor layer sequences which comprise at least one InGaAlN-based active layer can, for example, emit electromagnetic radiation in an ultraviolet to blue wavelength range.
  • the active semiconductor layer sequence can contain, in addition to the active layer, further functional layers and functional layers Areas include, such as p- or n-doped
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Barrier layers planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrodes and combinations thereof. Furthermore, for example, on a the
  • Semiconductor layer sequence may be applied one or more mirror layers.
  • the structures described here, the active layer or the further functional layers and regions are the person skilled in particular
  • the emitted primary radiation of the active layer of the layer sequence lies in the blue region of the electromagnetic spectrum. In the blue area of the
  • Electromagnetic spectrum may mean that the emitted primary radiation has a peak wavelength between 420 nm and 480 nm inclusive, preferably between
  • the term “peak wavelength” refers to the wavelength of a peak at which the maximum intensity of the peak lies. According to at least one embodiment, the
  • the radiation exit surface is a major surface of the layer sequence.
  • the radiation exit surface extends in particular parallel to a main extension plane of the semiconductor layers of the layer sequence. For example, at least 75% or 90% of the primary radiation leaving the layer sequence emerges from the layer sequence via the radiation exit surface.
  • the conversion element has a direct mechanical contact with the layer sequence
  • the phosphor has the formula
  • Phosphor is not or hardly susceptible to oxidation.
  • Conversion element degrades or there is a harmful reaction between the inorganic matrix material and the first phosphor, in particular to an oxidation of the first phosphor.
  • Phosphor the formula S ri- X _ x . Yb x (Mg, Ca, Ba) x . Si 2 0 2 N 2 with 0 ⁇ x ⁇ 0.05, preferably 0.001 ⁇ x ⁇ 0.02 and 0 ⁇ x ' ⁇ 0.5.
  • the first phosphor the formula S ri- X _ x . Yb x (Mg, Ca, Ba) x . Si 2 0 2 N 2 with 0 ⁇ x ⁇ 0.05, preferably 0.001 ⁇ x ⁇ 0.02 and 0 ⁇ x ' ⁇ 0.5.
  • Conversion element includes a second phosphor, which is adapted to the primary radiation in a
  • Peak wavelength of the primary radiation and the secondary radiation of the second phosphor the longer wavelength the
  • Peak wavelength of the first phosphor is the
  • Color rendering index of the total radiation can be increased.
  • Peak wavelength of the first phosphor ranging from 580 nm to 640 nm inclusive.
  • the peak wavelength of the first phosphor is in the range of 600 to 620 nm inclusive.
  • the first phosphor has only strontium as the alkaline earth metal.
  • Sri_ x Yb x Si 2 O 2 2 is in the range of 590 nm to 620 nm inclusive, preferably in the range of 604 nm to 615 nm inclusive.
  • the glass may be a soft glass or a tempered glass.
  • Hard glasses especially glasses with a
  • inorganic matrix material preferably glass or ceramic, Si0 2, A1 2 0 3, B 2 0 3, P2O5, a sulfate, Ge0 2, Te0 2, PbO and / or Pb0. 2
  • the matrix material preferably contains
  • the glass or the ceramic Si0 2 , A1 2 0 3 , B 2 0 3 , P 2 0 5 , a sulfate, Ge0 2 , Te0 2 , PbO and / or Pb0 2 , preferably as an essential component, particularly preferably as
  • the glass or ceramic thus comprise oxidic materials, in particular metal oxides.
  • the first phosphor in spite of its nitridic proportions, is opposite to the inorganic one
  • the first phosphor can be advantageously embedded in the glass or ceramic without degrading it. Consequently, it is not necessary to resort to organic matrix materials or expensive nitridic matrix materials.
  • inorganic matrix material preferably the glass or the Ceramics, in addition metal oxides.
  • the metal oxides may be used as further constituents in addition to the constituents mentioned Si0 2 , A1 2 0 3 , B 2 0 3 , P2O5, a sulfate, Ge0 2 , Te0 2 , PbO and / or Pb0 2 , preferably the essential constituents, particularly preferably the main constituents be present in the matrix material.
  • it may be alkali metal oxides,
  • this includes
  • Inorganic matrix material additionally metal oxides, which are selected from a group, the B1 2 O 3 , ZnO, Li 2 0, Na 2 0, K 2 0, MgO, CaO, SrO, BaO, A1 2 0 3 , Zr0 2 , Ti0 2 , Nb 2 0 5 , Ta 2 0 5 , W0 3 , Hf0 2 , M0O 3 , Te0 2 , Sb 2 0 3 , AgO, SnO 2 and combinations thereof.
  • the metal oxides can be added as further constituents
  • inorganic matrix material is a quartz glass, a silicate glass, an aluminosilicate glass, a borate glass, a phosphate glass, an aluminate glass, a sulfate glass, a telluride glass
  • Germanate glass and / or a plumbat glass Germanate glass and / or a plumbat glass.
  • this includes
  • inorganic matrix material is a silicate ceramic, a
  • Aluminosilicate ceramics borate ceramics, phosphate ceramics, aluminate ceramics, sulfate ceramics, a
  • Telluride ceramic a germanate ceramic and / or a
  • the silicate glass or the silicate ceramic contains Si0 2 as the main constituent
  • Aluminosilicate glass or aluminosilicate ceramics as
  • Phosphate ceramics P 2 O 5 in particular as an ingredient essential to the properties, the aluminate glass or the
  • Aluminate ceramic Al 2 O 3 in particular as an ingredient essential to the properties, the sulfate glass or the
  • Sulfate ceramics a sulfate, especially as for the
  • germanate glass or germanate ceramics GeÜ 2 Properties essential part, the germanate glass or germanate ceramics GeÜ 2 , in particular as for the
  • the borate glass or borate ceramic may be a lead borate, lead-zinc borate, a bismuth alumino borate, a lead aluminoborate, a bismuth borate, a bismuth zinc borate, or a zinc borate
  • the borate glass or the borate ceramic according to these embodiments PbÜ 2 and / or PbO; Pb0 2 and / or PbO and ZnO; Bi 2 0 3 and A1 2 0 3 ; Pb0 2 and / or PbO and A1 2 0 3 ; Bi 2 0 3 ; Bi 2 0 3 and ZnO or ZnO included.
  • the silicate glass or the silicate ceramic may be a lead silicate, lead borosilicate, a bismuth zinc boro-silicate or bismuth borosilicate, zinc borosilicate, quartz glass or soda-lime glass.
  • the main component S1O 2 the silicate glass or the silicate ceramic may be a lead silicate, lead borosilicate, a bismuth zinc boro-silicate or bismuth borosilicate, zinc borosilicate, quartz glass or soda-lime glass.
  • Lime-soda glass preferably contains S1O 2 as
  • the phosphate glass or the phosphate ceramic may be a zinc phosphate or a zinc-tin phosphate.
  • the telluride glass or the telluride ceramic may be a zinc telluride.
  • the telluride glass or telluride ceramic according to these embodiments may contain ZnO.
  • the glass may be an optical glass or a glass with a low glass transition temperature ("low transformation temperature" glasses).
  • this includes
  • Conversion element a second phosphor, which is adapted to the electromagnetic primary radiation at least partially into an electromagnetic
  • Color rendering index of the total radiation in particular a white total radiation can be achieved.
  • Wavelength of the secondary radiation of the second phosphor in a range from 500 nm to 600 nm, preferably in one
  • the device can be a white
  • the total white radiation can be a mixed radiation of the primary radiation and the
  • the device emits white overall radiation.
  • the total white radiation has a correlated color temperature (CCT, Correlated Color Temperature) between 2000 K and 6500 K, preferably between 2000 K and 4000 K, more preferably between 3500 K and 2700 K.
  • CCT Correlated Color Temperature
  • the color location of the total radiation is particularly preferably within that for the
  • Solid State Lighting typical ANSI or McAdam bins moving around and along the Plank curve.
  • the color rendering index is for example between 70 and 100, preferably between 80 and 95.
  • the second one is Solid State Lighting (SSL) typical ANSI or McAdam bins moving around and along the Plank curve.
  • the color rendering index is for example between 70 and 100, preferably between 80 and 95.
  • the second one is Solid State Lighting (SSL) typical ANSI or McAdam bins moving around and along the Plank curve.
  • the color rendering index is for example between 70 and 100, preferably between 80 and 95.
  • the second one is for example between 70 and 100, preferably between 80 and 95.
  • Phosphorus is an oxidic or oxinitridic
  • Phosphor or a chlorosilicate or chlorophosphate phosphor Phosphor or a chlorosilicate or chlorophosphate phosphor.
  • Phosphor has the formula (Y a Lui_ a) 3 (Ali_ b Ga b) 5O12: Ce 3+ to 0 ⁇ a ⁇ 1 and 0 ⁇ b ⁇ 0.5, preferably 0 ⁇ b ⁇ 0.2, to.
  • Phosphorus has the formula (Ba, Sr, Ca) S12O2 2: Eu 2+ .
  • D is at least Ce 3+ or Yb 2+ .
  • the phosphor is a ⁇ -SiAlON phosphor.
  • the ß-SiAlON phosphor has the formula Si 6 - z -2y " ⁇ (Eu Yb) y - - Al z O z N 8 _ z with 0 ⁇ z + 2y ''' ⁇ 6, and 0.001 ⁇ y ''' ⁇ 0.2 or the formula
  • Phosphorus is an orthosilicate phosphor of the formula
  • Phosphor having the formula (Ca, Ba, Sr, Mg) 3 S1 13 Al 3 O 2 N 21 : Eu 2+ ,
  • Phosphor has the formula (Ca, Ba, Sr, Mg) 3 S1 6 O 12 N 2: Eu 2+, preferably Ba 3 Si 6 0I2 2: Eu 2+, on.
  • Phosphor has the formula (Ca, Ba, Sr) 2 S i Lu2Mg 30i2: Ce 3+, preferably 2 CaLu Mg 2 Si 3 0I2: Ce 3+, on.
  • the conversion element is
  • the first or the first and the second phosphor are particles of the corresponding phosphor.
  • the particles of the first and the second phosphor can independently of one another have an average particle size between 500 nm and 100 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m, particularly preferably between 5 ⁇ m and 30 ⁇ m. With these grain sizes, the primary radiation or the
  • the chip has a thickness
  • the plate may be formed square or rectangular.
  • the edge length may be, for example, between 100 ym and 10 mm, preferably between 750 ym and 2 mm.
  • the first one lies
  • Phosphor or the first and the second phosphor to 5 vol .-% to 80 vol .-%, preferably to 50 vol .-% to 80 vol .-%, with respect to the total volume of the conversion element before.
  • the conversion element can be formed as a platelet directly applied to the layer sequence. It is possible that the platelet the entire surface, especially the
  • the optoelectronic component may comprise a housing.
  • a recess may be present in the middle.
  • the layer sequence can be mounted in the recess. It is also possible that one or more others
  • Layer sequences are mounted in the recess.
  • Recess may also consist of an airspace.
  • the conversion element is arranged above the recess of the housing. At this
  • Conversion element and the layer sequence may consist of a distance.
  • the conversion element of the layer sequence is arranged downstream and is of the
  • Air gap be formed. This arrangement can also be referred to as "remote phosphor conversion”.
  • the optoelectronic component is a light-emitting diode.
  • Component comprises the method steps, preferably in the order given:
  • Process step B the following process steps:
  • a glass is produced at a temperature between 150 ° C. and 600 ° C. in method step B2)
  • Matrix material A ceramic arises as inorganic
  • Matrix material the heating in step B2) may also be referred to as sintering.
  • step B2) the conversion element. It is also possible that in step B2) first a plate is formed from the one or more conversion elements, for example by sawing, laser beam cutting or
  • Water jet cutting can be obtained.
  • the mixture is heated in process step B2) to a temperature between 1000 ° C and 1600 ° C. Before method step B2) and after
  • Process step Bl), a further process step Bl ') can take place: Bl') forming a green body.
  • the shaping of the green body serves to preform the material into a sinterable material.
  • Process step B1) an inorganic or organic binder are added.
  • the powdery educts of the inorganic matrix material are selected from the group consisting of metal oxides, metal phosphates, metal sulfates, metal nitrates, metal oxalates, metal carbonates and
  • M or M' stands for Al and the educt is AIPO 4 or Al 2 (80 4 ) 3.
  • ⁇ ⁇ can also stand for Zn or Sn.
  • metal oxides selected from a group the Bi 2 0 3 , ZnO, Li 2 0, Na 2 0, K 2 0, MgO, CaO, SrO, BaO, A1 2 0 3 , Zr0 2 , Ti0 2 , Nb 2 0 5 , Ta 2 0 5 , W0 3 , Hf0 2 , M0 3 , Te0 2 , Sb 2 0 3 , AgO, Sn0 2 and combinations thereof.
  • metal oxides selected from a group the Bi 2 0 3 , ZnO, Li 2 0, Na 2 0, K 2 0, MgO, CaO, SrO, BaO, A1 2 0 3 , Zr0 2 , Ti0 2 , Nb 2 0 5 , Ta 2 0 5 , W0 3 , Hf0 2 , M0 3 , Te0 2 , Sb 2 0 3 , AgO, Sn0 2 and combinations thereof.
  • FIGS. 1 to 10 show emission spectra of
  • FIGS. 11 and 12 show schematic side views of optoelectronic components described here.
  • Embodiments of optoelectronic devices shown.
  • the wavelength ⁇ is plotted in nanometers on the x-axis and the emission E on the y-axis.
  • Shown in each case are the primary radiation I, the secondary radiation of the first phosphor in the red spectral range II R , the
  • Optoelectronic components emit a
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum. Above the layer sequence is in the beam path of the primary radiation Conversion element arranged in the form of a small plate.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic device having a layer sequence with an active layer, the primary radiation in the blue
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic device with a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Matrix material and a first phosphor of the formula Sri_ x Yb x S i 2 0 2 2 with 0 ⁇ x -S 0.05 and as second phosphor Eu t (AE) w (Sii-oAl 0 ) 3 (i-nOn) 4 with AE Li, Na and / or K, 0 ⁇ w ⁇ 0.01, 0 ⁇ o ⁇ 0.05, 0 ⁇ n ⁇ 0.05, 0 ⁇ t ⁇ 0.05.
  • AE Li, Na and / or K, 0 ⁇ w ⁇ 0.01, 0 ⁇ o ⁇ 0.05, 0 ⁇ n ⁇ 0.05, 0 ⁇ t ⁇ 0.05.
  • the emission spectrum shown in Figure 9 indicates
  • Optoelectronic component having a layer sequence with an active layer that emits a primary radiation in the blue region of the electromagnetic spectrum.
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • Optoelectronic device having a layer sequence with an active layer, the primary radiation in the blue
  • a conversion element in the form of a small plate is arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element contains a glass as an inorganic
  • the optoelectronic component 100 shows a carrier 8 with a leadframe 9.
  • the Conversion element 1 comprises a borate glass as an inorganic matrix material, by a first phosphor of the formula
  • the first and second phosphors are present as particles and have, for example, a particle size of 20 ⁇ m.
  • the platelet has a thickness between 50 ym and 300 ym, preferably between 100 ym and 200 ym, and is
  • the edge length can be, for example, between 100 ym and 10 mm, preferably between 750 ym and 2 mm.
  • the conversion element 1 is arranged in the beam path of the electromagnetic primary radiation which is emitted by an active layer (not shown separately here) in the layer sequence 6.
  • the conversion element 1 is stable against temperature, humidity and radiation exposure. It does not cloud under these influences and does not yellow. This ensures that the luminous efficacy is not or slightly reduced and the emission characteristic of the optoelectronic component 100 is not or only slightly changed.
  • the layer sequence 6 and the layer sequence 6 is stable against temperature, humidity and radiation exposure. It does not cloud under these influences and does not yellow. This ensures that the luminous efficacy is not or slightly reduced and the emission characteristic of the optoelectronic component 100 is not or only slightly changed.
  • the adhesive layer may comprise, for example, silicone.
  • the optoelectronic portion may comprise, for example, silicone.
  • the color rendering index is above 70, more preferably above 80.
  • the correlated color temperature is preferably between 2000 K and 4000 K, preferably between 3500 K and 2700 K.
  • the optoelectronic component 5 shows a carrier 8 with a leadframe 9 and a housing 11.
  • the housing 11 has a recess in the middle, in which the layer sequence 6 is arranged, which is electrically conductively connected to the leadframe 9.
  • the recess is filled with a potting 12.
  • the potting 12 comprises
  • a silicone or epoxy for example, a silicone or epoxy.
  • a conversion element 1 is arranged.
  • the conversion element 1 is in the beam path of the electromagnetic
  • the conversion element 1 comprises a
  • Quartz glass as an inorganic matrix material by embedding a first phosphor of the formula Sri_ x Yb x Si 2 0 2 2 with 0 ⁇ x ⁇ 0.05 and a second phosphor of the formula CasMg (S1O 4 ) 4 Cl 2 : Eu 2+ embedded.
  • the first and second phosphors are as
  • the platelet has a thickness between 50 ym and 300 ym, preferably between 100 ym and 200 ym, and is
  • an adhesive layer (not shown here) may be attached.
  • the adhesive layer may comprise, for example, silicone.
  • Component 1 to an LED, wherein the radiation in the figure above a transparent layer sequence 6, a transparent potting 12 and the conversion element. 1
  • the total radiation is one
  • the color rendering index is preferably above 70, more preferably above 80.
  • the correlated color temperature is preferably between 2000 K and 4000 K, preferably between 3500 K and 2700 K.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement angeben. Das optoelektronische Bauelement umfasst - eine Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Primärstrahlung emittiert, - ein Konversionselement, das im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung und über der Schichtenfolge angeordnet ist, wobei das Konversionselement ein anorganisches Matrixmaterial, ausgewählt aus einem oxidischen Glas oder einer oxidischen Keramik, und zumindest einen ersten Leuchtstoff der Formel (Mg, Ca, Sr, Ba) ( Si, Ti ) 2O2N2 : Yb2+ umfasst und der erste Leuchtstoff dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements .
Zur Erzeugung von warmweißer Strahlung mit einem hohen
Farbwiedergabeindex werden optoelektronische Bauelemente wie beispielsweise lichtemittierende Dioden (LEDs) verwendet. Dabei weisen die optoelektronischen Bauelemente üblicherweise Konversionselemente mit einem grünen und einem roten
Leuchtstoff auf. Problematisch ist dabei, dass bekannte effiziente rote Leuchtstoffe nitridische Leuchtstoffe sind, die nicht oder nur schlecht geeignet sind, in ein
anorganisches, insbesondere oxidisches, Matrixmaterial eingebettet zu werden. Durch die notwendigen hohen
Temperaturen, beispielsweise beim Sintern oder Tempern, bei der Herstellung der Konversionselemente kommt es zu
schädlichen Reaktionen zwischen Matrixmaterial und den instabilen nitridischen roten Leuchtstoffen. Effiziente rote Leuchtstoffe basierend auf einem oxidischen oder
oxinitridischen Wirtsgitter mit Europium- oder Cer-Dotierung sind bislang nicht bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches
Bauelement anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements anzugeben. Die Aufgaben werden durch die nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement umfasst eine Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die im Betrieb des Bauelements elektromagnetische Primärstrahlung emittiert, und ein
Konversionselement, das im Strahlengang der
elektromagnetischen Primärstrahlung und über der
Schichtenfolge angeordnet ist.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiter kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement ein anorganisches Matrixmaterial
ausgewählt aus Glas oder einer Keramik, insbesondere ein oxidisches Glas oder eine oxidische Keramik und zumindest einen ersten Leuchtstoff der Formel
(Mg, Ca, Sr, Ba) (Si, Ti) 202N2 : Yb2+. Der erste Leuchtstoff der Formel (Mg, Ca, Sr, Ba) ( Si , i ) 202N2 : Yb2+ ist dazu eingerichtet, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren. Unter einem oxidischen Glas oder einer oxidischen Keramik ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass das Glas oder die Keramik überwiegend Oxide, bevorzugt Metalloxide, enthält. Beispielweise enthält das oxidische Glas oder die oxidische Keramik Si02- Das oxidische Glas oder die oxidische Keramik kann S1O2 als Hauptbestandteil enthalten.
Durch das oxidische Glas oder die oxidische Keramik ist das Konversionselement stabil gegen Temperatur-, Feuchte- und Strahlenbelastungen, dem es in einem optoelektronischen
Bauelement ausgesetzt ist. Dadurch weist das
optoelektronische Bauelement eine verlängerte Lebensdauer auf, beispielsweise im Vergleich zu optoelektronischen
Bauelementen, bei denen die Leuchtstoffe in Silikon
eingebettet sind.
Dass ein Leuchtstoff die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische
Sekundärstrahlung konvertiert, bedeutet zum einen, dass die elektromagnetische Primärstrahlung teilweise von dem
Leuchtstoff absorbiert und als Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich emittiert wird. Bei dieser sogenannten Teilkonversion emittiert das optoelektronische Bauelement eine Gesamtstrahlung, die sich aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung zusammensetzt. Die Primärstrahlung kann zum anderen auch vollständig in Sekundärstrahlung konvertiert werden. Unter einer vollständigen Konversion wird eine
Konversion über 95 %, bevorzugt über 98 %, verstanden. Es ist also möglich, dass das optoelektronische Bauelement eine Mischstrahlung aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung, eine Mischstrahlung aus Sekundärstrahlungen (verschiedener Leuchtstoffe) oder nur Sekundärstrahlung als Gesamtstrahlung emittiert.
Unter "Schichtenfolge" ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n- dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind und wobei zumindest eine aktive Schicht enthalten ist, die elektromagnetische Primärstrahlung
emittiert . Die Schichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge oder als strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einer
Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene
Halbleiterschichtenfolge ausgeführt sein. Dabei kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. InGaAlN-basierte Halbleiterchips und
Halbleiterschichtenfolgen sind insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten
aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem
InxAlyGai-x-yN mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis blauen Wellenlängenbereich emittieren.
Die aktive Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,
Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Weiterhin können beispielsweise auf einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Spiegelschichten aufgebracht sein. Die hier beschriebenen Strukturen, die aktive Schicht oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
In einer Ausführungsform liegt die emittierte Primärstrahlung der aktiven Schicht der Schichtenfolge im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im blauen Bereich des
elektromagnetischen Spektrums kann dabei bedeuten, dass die emittierte Primärstrahlung eine Peakwellenlänge zwischen 420 nm und einschließlich 480 nm, bevorzugt zwischen
einschließlich 430 nm und einschließlich 460 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 440 nm und einschließlich 455 nm, aufweist.
Als "Peakwellenlänge" wird vorliegend die Wellenlänge eines Peaks bezeichnet, bei der die maximale Intensität des Peaks liegt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Schichtenfolge eine Strahlungsaustrittsfläche auf, über der das Konversionselement angeordnet ist. Die Strahlungsaustrittsfläche ist dabei eine Hauptfläche der Schichtenfolge. Die Strahlungsaustrittsfläche erstreckt sich insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Schichtenfolge. Beispielsweise tritt mindestens 75 % oder 90 % der die Schichtenfolge verlassenden Primärstrahlung über die Strahlungsaustrittsfläche aus der Schichtenfolge heraus.
In einer Ausführungsform weist das Konversionselement einen direkten mechanischen Kontakt zu der Schichtenfolge,
insbesondere zu der Strahlungsaustrittfläche, auf.
Überraschenderweise besitzt der Leuchtstoff der Formel
(Mg, Ca, Sr, Ba) (Si, i) 202N2 : Yb2+ als oxinitridischer
Leuchtstoff, der also sowohl O2" und N3~ als anionische
Komponenten in seinem Wirtsgitter aufweist, eine hohe
chemische Stabilität und eine relativ langwellige Emission im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Der
Leuchtstoff ist nicht oder kaum oxidationsanfällig . Dadurch ist es mit Vorteil möglich, den ersten Leuchtstoff in ein anorganisches Matrixmaterial, insbesondere ein oxidisches Glas oder eine oxidische Keramik, einzubetten, ohne dass der erste Leuchtstoff bei den Herstellungstemperaturen des
Konversionselements degradiert oder es zu einer schädlichen Reaktion zwischen dem anorganischen Matrixmaterial und dem ersten Leuchtstoff, insbesondere zu einer Oxidation des ersten Leuchtstoffs kommt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste
Leuchtstoff die Formel S ri-X_x . Ybx (Mg, Ca, Ba) x. Si202N2 mit 0 < x < 0,05, bevorzugt 0,001 < x < 0,02 und 0 < x' < 0,5 auf. Gemäß dieser Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff
überwiegend Strontium neben Magnesium, Calcium und Barium als Erdalkalimetall auf. Je größer der Strontiumanteil in dem ersten Leuchtstoff, desto weiter verschiebt sich die Peak¬ wellenlänge der Sekundärstrahlung des ersten Leuchtstoffs in den längerwelligen roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das
Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff enthält, der dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung in eine
Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren und das Bauelement aus der
Überlagerung der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlungen des ersten und des zweiten Leuchtstoffs eine weiße
Gesamtstrahlung emittiert. Bei einer gegebenen
Peakwellenlänge der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs kann, je längerwelliger die
Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs ist, der
Farbwiedergabeindex der Gesamtstrahlung erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die
Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs im Bereich von einschließlich 580 nm bis einschließlich 640 nm. Bevorzugt liegt die Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs im Bereich von einschließlich 600 bis einschließlich 620 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste
Leuchtstoff die Formel Sr1-xYbxSi202N2 mit 0 < x < 0,05, bevorzugt 0,001 x 0,02, auf. Gemäß dieser Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff nur Strontium als Erdalkalimetall auf. Die Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs
Sri_xYbxSi202 2 liegt im Bereich von einschließlich 590 nm bis einschließlich 620nm, bevorzugt im Bereich von einschließlich 604 nm bis 615 nm. Bei dem Glas kann es sich um ein Weichglas oder ein Hartglas handeln. Als Weichgläser können insbesondere Gläser mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten Τ > 6,0·10"6/Κ und unter
Hartgläser insbesondere Gläser mit einem
Wärmeausdehnungskoeffizienten Τ < 6,0·10"6/Κ verstanden werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das
anorganische Matrixmaterial, bevorzugt das Glas oder die Keramik, Si02, A1203, B203, P2O5, ein Sulfat, Ge02, Te02, PbO und/oder Pb02. Bevorzugt enthält das Matrixmaterial,
bevorzugt das Glas oder die Keramik, Si02, A1203, B203, P205, ein Sulfat, Ge02, Te02, PbO und/oder Pb02, bevorzugt als wesentlichen Bestandteil, besonders bevorzugt als
Hauptbestandteil. Das Glas oder die Keramik umfassen damit oxidische Materialien, insbesondere Metalloxide.
Überraschenderweise ist der erste Leuchtstoff trotz seiner nitridischen Anteile gegenüber dem anorganischen
Matrixmaterial beständig beziehungsweise
oxidationsunempfindlich . Damit kann der erste Leuchtstoff mit Vorteil in das Glas oder die Keramik eingebettet werden, ohne dass dieser degradiert. Es muss folglich nicht auf organische Matrixmaterialien oder teure nitridische Matrixmaterialien zurückgegriffen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konversionselement beziehungsweise das anorganische
Matrixmaterial eine Transmissivität für Strahlung im Bereich von 440 nm und 800 nm bei einer Schichtdicke von 1 mm von über 70 %, besonders bevorzugt über 90 %, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das
anorganische Matrixmaterial, bevorzugt das Glas oder die Keramik, zusätzlich Metalloxide. Die Metalloxide können als weitere Bestandteile neben den genannten Bestandteilen Si02, A1203, B203, P2O5, einem Sulfat, Ge02, Te02, PbO und/oder Pb02, bevorzugt den wesentlichen Bestandteilen, besonders bevorzugt den Hauptbestandteilen in dem Matrixmaterial vorhanden sein. Beispielsweise kann es sich um Alkalimetalloxide,
Erdalkalimetalloxide oder Oxide der seltenen Erden handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
anorganische Matrixmaterial zusätzlich Metalloxide, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die B12O3, ZnO, Li20, Na20, K20, MgO, CaO, SrO, BaO, A1203, Zr02, Ti02, Nb205, Ta205, W03, Hf02, M0O3, Te02, Sb203, AgO, Sn02 und Kombinationen daraus umfasst. Die Metalloxide können als weitere Bestandteile neben
genannten Bestandteilen Si02, Α12θ3, B203, P2Os, ein Sulfat, Ge02, Te02, PbO und/oder Pb02, bevorzugt den wesentlichen Bestandteilen, besonders bevorzugt den Hauptbestandteilen in dem Matrixmaterial vorhanden sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
anorganische Matrixmaterial ein Quarzglas, ein Silikatglas, ein Alumosilikatglas , ein Boratglas, ein Phosphatglas, ein Aluminatglas , ein Sulfatglas, ein Telluridglas , ein
Germanatglas und/oder ein Plumbatglas.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
anorganische Matrixmaterial eine Silikatkeramik, eine
Alumosilikatkeramik, eine Boratkeramik, eine Phosphatkeramik, eine Aluminatkeramik, eine Sulfatkeramik, eine
Telluridkeramik, eine Germanatkeramik und/oder eine
Plumbatkeramik . Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Silikatglas oder die Silikatkeramik als Hauptbestandteil Si02, das
Alumosilikatglas oder die Alumosilikatkeramik als
Hauptbestandteil S1O2 und AI2O3, das Boratglas oder die
Boratkeramik B2O3, insbesondere als für die Eigenschaften wesentlichen Bestandteil, das Phosphatglas oder die
Phosphatkeramik P2O5, insbesondere als für die Eigenschaften wesentlichen Bestandteil, das Aluminatglas oder die
Aluminatkeramik AI2O3, insbesondere als für die Eigenschaften wesentlichen Bestandteil, das Sulfatglas oder die
Sulfatkeramik ein Sulfat, insbesondere als für die
Eigenschaften wesentlichen Bestandteil, das Germanatglas oder die Germanatkeramik GeÜ2, insbesondere als für die
Eigenschaften wesentlichen Bestandteil, das Telluridglas oder die Telluridkeramik eÜ2, insbesondere als für die
Eigenschaften wesentlichen Anteil, und das Plumbatglas oder die Plumbatkeramik PbÜ2 und/oder PbO, insbesondere als für die Eigenschaften wesentlichen Anteil. Insbesondere kann bei allen angegebenen Gläsern oder Keramiken S1O2 der
Hauptbestandteil sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann es sich bei dem Boratglas oder der Boratkeramik um ein Bleiborat, Blei-Zink- Borat, ein Bismut-Alumo-Borat , ein Blei-Alumo-Borat , ein Bismutborat, ein Bismut-Zink-Borat oder ein Zinkborat
handeln. Neben dem, insbesondere für die Eigenschaften wesentlichen, Bestandteil B2O3 kann das Boratglas oder die Boratkeramik gemäß diesen Ausführungsformen PbÜ2 und/oder PbO; Pb02 und/oder PbO und ZnO; Bi203 und A1203; Pb02 und/oder PbO und A1203; Bi203; Bi203 und ZnO oder ZnO enthalten . Als
Boratglas kann auch Duran von der Firma DURAN Group GmbH verwendet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann es sich bei dem Silikatglas oder der Silikatkeramik um ein Bleisilikat, Blei- Borosilikat, ein Bismut-Zink-Boro-Silikat oder Bismut- Borosilikat, Zink-Borosilikat , Quarzglas oder Kalk-Natron- Glas handeln. Neben dem Hauptbestandteil S1O2 kann das
Silikatglas oder die Silikatkeramik gemäß diesen
Ausführungsformen PbÜ2 und/oder PbO; PbÜ2 und/oder PbO und B203; ZnO, B203 und Bi203; Bi203 und B203 oder ZnO und B203 enthalten. Kalk-Natron-Glas enthält bevorzugt S1O2 als
Hauptbestandteil und Na20 und CaO als Nebenbestandteile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann es sich bei dem Phosphatglas oder der Phosphatkeramik um ein Zinkphosphat oder ein Zink-Zinn-Phosphat handeln. Neben dem, insbesondere für die Eigenschaften wesentlichen, Bestandteil P2O5 kann das Phosphatglas oder die Phosphatkeramik gemäß diesen
Ausführungsformen ZnO oder ZnO und Sn02 enthalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann es sich bei dem Telluridglas oder der Telluridkeramik um ein Zink-Tellurid handeln. Neben dem, insbesondere für die Eigenschaften wesentlichen, Bestandteil e02 kann das Telluridglas oder die Telluridkeramik gemäß diesen Ausführungsformen ZnO enthalten. Bei dem Glas kann es sich um ein optisches Glas oder ein Glas mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur („ Low- Transformation-Temperature" Gläser) handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine elektromagnetische
Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren. In Kombination mit dem ersten Leuchtstoff, der eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist, kann ein hoher
Farbwiedergabeindex der Gesamtstrahlung, insbesondere einer weißen Gesamtstrahlung, erzielt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Peak-
Wellenlänge der Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs in einem Bereich von 500 nm bis 600 nm, bevorzugt in einem
Bereich von 510 nm bis 580 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 520 nm und 550 nm.
Durch die Kombination des ersten Leuchtstoffs, der eine
Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, und einem zweiten Leuchtstoff, der eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, kann das Bauelement eine weiße
Gesamtstrahlung emittieren. Die weiße Gesamtstrahlung kann eine Mischstrahlung aus der Primärstrahlung und der
Sekundärstrahlung im grünen und roten Spektralbereich sein. In einer Ausführungsform emittiert das Bauelement eine weiße Gesamtstrahlung. Bevorzugt weist die weiße Gesamtstrahlung eine korrelierte Farbtemperatur (CCT, Correlated Colour Temperature) zwischen 2000 K und 6500 K, bevorzugt zwischen 2000 K und 4000 K, besonders bevorzugt zwischen 3500 K und 2700 K, auf. Damit liegt der Farbort der Gesamtstrahlung besonders bevorzugt innerhalb der für die
Festkörperbeleuchtung (SSL, solid State lighting) typischen ANSI- beziehungsweise McAdam-Bins, die sich um und entlang der Plank-Kurve bewegen. Der Farbwiedergabeindex liegt beispielsweise zwischen 70 und 100, bevorzugt zwischen 80 und 95. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein oxidischer oder ein oxinitridischer
Leuchtstoff oder ein Chlorosilikat- oder Chlorophosphat- Leuchtstoff .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel (YaLui_a) 3 (Ali_bGab) 5O12 : Ce3+ mit 0 ^ a ^ 1 und 0 < b ^ 0,5, bevorzugt 0 < b ^ 0,2, auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel (Ba, Sr, Ca) S12O2 2 : Eu2+ auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel Sii2-m-nAlm+nOnNi6-n : D mit 0 -S m+n < 12 und D = Ce3+, Li+, Mg2+, Ca2+ und/oder Y3+ auf. Bevorzugt ist D zumindest Ce3+ oder Yb2+ .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff ein ß-SiAlON-Leuchtstoff . Bevorzugt weist der ß-SiAlON- Leuchtstoff die Formel Si6-z-2y"■ (Eu, Yb) y- - -AlzOzN8_z mit 0 < z + 2y' ' ' < 6 und 0,001 < y''' < 0,2 oder die Formel
Eut (AE) w (Sii-oAl0) 3 ( i-nOn) 4 mit AE = Li, Na und/oder K, 0 < w < 0,01, 0 < o < 0,05, 0 < n < 0,05, 0 < t < 0,05 auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Nitrido-Orthosilikat-Leuchtstoff der Formel (AE) 2-b-y' (RE) bEuy.Sii-y04-b-2yNb mit AE = Sr, Ba, Ca und/oder Mg, RE = Seltene Erdmetalle, 0,002 < y' < 0,4, 0 < b < 2-y', 0 < y 1, bevorzugt b = 0 und y = 0.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Orthosilikat-Leuchtstoff der Formel
(Ba, Sr, Ca) 2Si04 :Eu2+. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Chlorosilikat-Leuchtstoff der Formel
(Ba, Sr, Ca) 8Mg (Si04) 4CI2 :Eu2+, bevorzugt Ca8Mg ( Si04) 4C12 : Eu2+ .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff ein Halophosphat-Leuchtstoff der Formel M5 ( P04)3X mit X = F, Cl, Br und/oder I, M = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel (Ca, Ba, Sr , Mg) 3S113AI3O2N21 : Eu2+,
bevorzugt Sr3Sii3Al302 2 i : Eu2+, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel (Ca, Ba, Sr , Mg) 3S16O12N2 : Eu2+, bevorzugt Ba3Si60i2 2 :Eu2+, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel (Ca, Ba, Sr ) Lu2Mg2 S i 30i2 : Ce3+, bevorzugt CaLu2Mg2Si30i2:Ce3+, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Leuchtstoff die Formel ( Sr , Ba, Ca) 3SC2S13O12N2 : Ce3+, bevorzugt Ca3Sc2Si30i2 2:Ce3+, auf.
In einer Ausführungsform ist das Konversionselement
vollflächig über der Schichtenfolge, insbesondere dessen Strahlungsaustrittsfläche, angeordnet . In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten oder dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff um Partikel des entsprechenden Leuchtstoffs. Die Partikel des ersten und des zweiten Leuchtstoffs können unabhängig voneinander eine mittlere Korngröße zwischen 500 nm und 100 ym, bevorzugt zwischen 1 ym und 50 ym, besonders bevorzugt zwischen 5 ym und 30 ym, aufweisen. Mit diesen Korngrößen wird die Primärstrahlung beziehungsweise die
Sekundärstrahlung an diesen Partikeln vorteilhafterweise wenig oder hauptsächlich in Vorwärtsrichtung gestreut, was Effizienzverluste verringert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht das
Konversionselement aus dem anorganischen Matrixmaterial und dem ersten Leuchtstoff oder dem anorganischen Matrixmaterial, dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement als ein Plättchen ausgebildet.
In einer Ausführungsform hat das Plättchen eine Dicke
zwischen 50 ym und 300 ym, bevorzugt zwischen 100 ym und 200 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das Plättchen quadratisch oder rechteckig ausgeformt sein. Die Kantenlänge kann dabei beispielweise zwischen 100 ym und 10 mm, bevorzugt zwischen 750 ym und 2 mm, liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen der erste
Leuchtstoff oder der erste und der zweite Leuchtstoff zu 5 Vol.-% bis 80 Vol.-%, bevorzugt zu 50 Vol.-% bis 80 Vol.-%, in Bezug auf das Gesamtvolumen des Konversionselements vor.
Das Konversionselement kann als Plättchen ausgeformt direkt auf der Schichtenfolge aufgebracht sein. Es ist möglich, dass das Plättchen die gesamte Oberfläche, insbesondere die
Strahlungsaustrittsfläche der Schichtenfolge, vollständig bedeckt .
Das optoelektronische Bauelement kann ein Gehäuse umfassen. In dem Gehäuse kann in der Mitte eine Ausnehmung vorhanden sein. Die Schichtenfolge kann in der Ausnehmung angebracht sein. Möglich ist auch, dass eine oder mehrere weitere
Schichtenfolgen in der Ausnehmung angebracht sind.
Es ist möglich, dass die Ausnehmung mit einem die
Schichtenfolge abdeckenden Verguss aufgefüllt ist. Die
Ausnehmung kann aber auch aus einem Luftraum bestehen.
In einer Ausführungsform ist das Konversionselement über der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet. Bei dieser
Ausführungsform besteht insbesondere kein direkter und/oder formschlüssiger Kontakt des Konversionselements mit der Schichtenfolge, das heißt dass zwischen dem
Konversionselement und der Schichtenfolge ein Abstand bestehen kann. Mit anderen Worten ist das Konversionselement der Schichtenfolge nachgeordnet und wird von der
Primärstrahlung angestrahlt. Zwischen dem Konversionselement und der Schichtenfolge kann dann ein Verguss oder ein
Luftspalt ausgebildet sein. Diese Anordnung kann auch als "remote phosphor conversion" bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine lichtemittierende Diode .
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements angegeben. Alle Merkmale des optoelektronischen Bauelements gelten auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und umgekehrt . Das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements umfasst die Verfahrensschritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen einer Schichtenfolge mit einer aktiven
Schicht zur Emission einer elektromagnetischen
Primärstrahlung,
B) Herstellen eines Konversionselements,
C) Aufbringen des Konversionselements auf die Schichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst
Verfahrensschritt B) folgende Verfahrensschritte:
Bl) Vermischen von Partikeln zumindest eines ersten
Leuchtstoffs der Formel (Mg, Ca, Sr, Ba) ( Si , i ) 202N2 : Yb2+ mit pulverförmigen Edukten eines anorganischen Matrixmaterials, B2) Erhitzen des Gemenges aus Verfahrensschritt Bl) auf eine Temperatur zwischen 150 °C und 600 °C oder 1000 °C und 1600 °C.
Insbesondere entsteht bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 600 °C in Verfahrensschritt B2) ein Glas als
anorganisches Matrixmaterial und bei einer
Temperatureinwirkung zwischen 1000 °C und 1600 °C in
Verfahrensschritt B2) eine Keramik als anorganisches
Matrixmaterial. Entsteht eine Keramik als anorganisches
Matrixmaterial, kann das Erhitzen in Verfahrensschritt B2) auch als Sintern bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erhält man nach
Verfahrensschritt B2) das Konversionselement. Es ist auch möglich, dass in Verfahrensschritt B2) zunächst eine Platte gebildet wird, aus der ein oder mehrere Konversionselemente beispielsweise durch Sägen, Laserstrahltrennen oder
Wasserstrahltrennen erhalten werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Gemenge in Verfahrensschritt B2) auf eine Temperatur zwischen 1000 °C und 1600 °C erhitzt. Vor Verfahrensschritt B2) und nach
Verfahrensschritt Bl) kann ein weiterer Verfahrensschritt Bl ' ) erfolgen: Bl ' ) Formung eines Grünkörpers. Die Formung des Grünkörpers dient der Vorformung des Materials in ein sinterfähiges Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann in
Verfahrensschritt Bl) ein anorganisches oder organisches Bindemittel hinzugefügt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die pulverförmigen Edukte des anorganischen Matrixmaterials aus einer Gruppe ausgewählt, die Metalloxide, Metallphosphate, Metallsulfate, Metallnitrate, Metalloxalate, Metallcarbonate und
Kombinationen daraus umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthalten die
pulverförmigen Edukte des anorganischen Matrixmaterials zumindest Si02, A1203, B203, M'xP04, MyS04, Ge02, Te02 und/oder Pb02. Dabei steht M für ein Metall mit einer Wertigkeit m und es gilt y χ m = 2 und M' für ein Metall mit einer Wertigkeit mx und es gilt x χ mx = 3. Beispielsweise steht M oder M' für AI und das Edukt ist AIPO4 oder Al2 (804)3. Insbesondere kann Μλ auch für Zn oder Sn stehen. Zusätzlich können die
pulverförmigen Edukte des anorganischen Matrixmaterials
Metalloxide enthalten, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Bi203, ZnO, Li20, Na20, K20, MgO, CaO, SrO, BaO, A1203, Zr02, Ti02, Nb205, Ta205, W03, Hf02, M03, Te02, Sb203, AgO, Sn02 und Kombinationen daraus umfasst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als
maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zum besseren Verständnis
übertrieben groß dargestellt sein.
Figuren 1 bis 10 zeigen Emissionsspektren von
Ausführungsbeispielen von optoelektronischen Bauelementen. Figuren 11 und 12 zeigen schematische Seitenansichten hier beschriebener optoelektronischer Bauelemente.
In den Figuren 1 bis 10 sind Emissionsspektren von
Ausführungsbeispielen optoelektronischer Bauelemente gezeigt. Auf der x-Achse ist jeweils die Wellenlänge λ in Nanometern und auf der y-Achse die Emission E aufgetragen. Gezeigt sind jeweils die Primärstrahlung I, die Sekundärstrahlung des ersten Leuchtstoffs im roten Spektralbereich IIR, die
Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs im grünen
Spektralbereich IIR und die Gesamtstrahlung Ew. Die
optoelektronischen Bauelemente emittieren eine
Gesamtstrahlung Ew, wobei der jeweilige Farbwiedergabeindex (CRI) und die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und die Cx/Cy- Koordinaten in der CIE-Farbnormtafel von 1931 der Gesamtstrahlung in dem jeweiligen Spektrum angegeben sind.
Das in Figur 1 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchen angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel Sri_ xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff
Y3Al5012:Ce3+.
Das in Figur 2 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff BaSi202N2:Eu2+.
Das in Figur 3 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff
Figure imgf000023_0001
Das in Figur 4 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen
Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff
Figure imgf000023_0002
Das in Figur 5 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri-xYbxSi2<02 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff Ca8Mg (Si04) 4Cl2:Eu2+.
Das in Figur 6 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff SrSi202N2:Eu2+. Das in Figur 7 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff (AE) 2-b-y' (RE)bEuy'Sii-y04-b-2yNb mit AE = Sr, Ba, Ca und/oder Mg, RE = Seltene Erdmetalle, 0,002 < y' < 0,4, 0 < b < 2-y', 0 < y < 1.
Das in Figur 8 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel Sri_xYbxS i202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff Eut (AE) w (Sii-oAl0) 3 ( i-nOn) 4 mit AE = Li, Na und/oder K, 0 < w < 0,01, 0 < o < 0,05, 0 < n < 0,05, 0 < t < 0,05. Das in Figur 9 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxS i202 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff (YaLui-a) 3 (Ali_bGab) 50i2:Ce3+ mit 0 < a < 1 und 0 < b < 0,5.
Das in Figur 10 gezeigte Emissionsspektren zeigt ein
Emissionsspektrum einer Ausführungsform eines
optoelektronischen Bauelements mit einer Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die eine Primärstrahlung im blauen
Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Über der Schichtenfolge ist im Strahlengang der Primärstrahlung ein Konversionselement in Form eines Plättchens angeordnet. Das Konversionselement enthält ein Glas als anorganisches
Matrixmaterial und einen ersten Leuchtstoff der Formel
Sri-xYbxS i2<02 2 mit 0 < x -S 0,05 und als zweiten Leuchtstoff (YaLui-a) 3 (Ali-bGat) 50i2:Ce3+ mit 0 < a < 1 und 0 < b < 0,5.
Das optoelektronische Bauelement 100 gemäß Figur 11 zeigt einen Träger 8 mit einem Leiterrahmen 9. Auf dem Träger 8 ist eine Schichtenfolge 6 angeordnet, die mit dem Leiterrahmen 9 über Bonddrähte 10 elektrisch verbunden ist. Über der
Schichtenfolge 6 ist ein Konversionselement 1 angebracht. Das Konversionselement 1 umfasst ein Boratglas als anorganisches Matrixmaterial, indem ein erster Leuchtstoff der Formel
Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x -S 0,05 und ein zweiter Leuchtstoff der Formel (YaLui_a) 3 (Ali_bGab) 5O12 : Ce3+ mit 0 < a < 1 und 0 < b < 0,5 einbettet sind. Überraschenderweise ist der erste
Leuchtstoff gegenüber dem Boratglas unempfindlich, das heißt er wird bei der Herstellung des Konversionselements nicht oxidiert. Der erste und der zweite Leuchtstoff liegen als Partikel vor und weisen beispielsweise eine Korngröße von 20 ym auf. Das Plättchen weist eine Dicke zwischen 50 ym und 300 ym, bevorzugt zwischen 100 ym und 200 ym, auf und ist
quadratisch oder rechteckig ausgeformt. Die Kantenlänge kann dabei beispielweise zwischen 100 ym und 10 mm, bevorzugt zwischen 750 ym und 2 mm, sein. Das Konversionselement 1 ist in dem Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung angeordnet, die von einer aktiven Schicht (hier nicht separat dargestellt) in der Schichtenfolge 6 emittiert wird. Das Konversionselement 1 ist stabil gegen Temperatur-, Feuchte- und Strahlenbelastungen. Es trübt unter diesen Einflüssen nicht ein und vergilbt nicht. Damit ist gewährleistet, dass die Lichtausbeute nicht oder wenig herabgesetzt wird und die Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements 100 nicht oder nur geringfügig verändert wird. Zusätzlich kann zwischen der Schichtenfolge 6 und dem
Konversionselement 1 eine Haftschicht (hier nicht gezeigt) angebracht sein. Die Haftschicht kann beispielsweise Silikon umfassen . Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen
Bauelement 100 um eine lichtemittierende Diode (light
emitting diode, LED) , wobei die Strahlung nach oben über eine transparente Schichtenfolge 6 und das Konversionselement 1, ausgekoppelt wird. Die Gesamtstrahlung ist eine
Mischstrahlung aus der Primärstrahlung und der
Sekundärstrahlung des ersten Leuchtstoffs und der
Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs und erzeugt bei einem Betrachter einen weißen Leuchteindruck. Vorzugsweise liegt der Farbwiedergabeindex über 70, besonders bevorzugt über 80. Die korrelierte Farbtemperatur liegt bevorzugt zwischen 2000 K und 4000 K, bevorzugt zwischen 3500 K und 2700 K. Mit Vorteil kann damit ein optoelektronisches
Bauelement bereitgestellt werden, das eine weiße Strahlung emittiert, in dem die Leuchtstoffe, insbesondere der erste rote Leuchtstoff, in ein oxidisches Glas eingebettet werden kann . Das optoelektronische Bauelement 5 gemäß Figur 12 zeigt einen Träger 8 mit einem Leiterrahmen 9 und ein Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 weist in der Mitte eine Ausnehmung auf, in der die Schichtenfolge 6 angeordnet ist, die mit dem Leiterrahmen 9 elektrisch leitend verbunden ist. Die Ausnehmung ist mit einem Verguss 12 ausgefüllt. Der Verguss 12 umfasst
beispielsweise ein Silikon oder Epoxid.
Über der Ausnehmung des Gehäuses 11 und dem Gehäuse 11 ist ein Konversionselement 1 angeordnet. Das Konversionselement 1 ist in dem Strahlengang der elektromagnetischen
Primärstrahlung angeordnet, die von einer aktiven Schicht (hier nicht separat dargestellt) in der Schichtenfolge 6 emittiert wird. Das Konversionselement 1 umfasst ein
Quarzglas als anorganisches Matrixmaterial, indem ein erster Leuchtstoff der Formel Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x ^ 0,05 und ein zweiter Leuchtstoff der Formel CasMg (S1O4) 4CI2 :Eu2+ einbettet sind. Der erste und der zweite Leuchtstoff liegen als
Partikel vor und weisen beispielsweise eine Korngröße von 20 ym auf. Das Plättchen weist eine Dicke zwischen 50 ym und 300 ym, bevorzugt zwischen 100 ym und 200 ym, auf und ist
quadratisch oder rechteckig ausgeformt. Zusätzlich kann zwischen dem Gehäuse 11 und dem Konversionselement 1 und zwischen dem Verguss 12 und dem Konversions¬ element 1 eine Haftschicht (hier nicht gezeigt) angebracht sein. Die Haftschicht kann beispielsweise Silikon umfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen
Bauelement 1 um eine LED, wobei die Strahlung in der Figur nach oben über eine transparente Schichtenfolge 6, einen transparenten Verguss 12 und das Konversionselement 1
ausgekoppelt wird. Die Gesamtstrahlung ist eine
Mischstrahlung aus der Primärstrahlung und der
Sekundärstrahlung des ersten Leuchtstoffs und der
Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs und erzeugt bei einem Betrachter einen weißen Leuchteindruck. Vorzugsweise liegt der Farbwiedergabeindex über 70, besonders bevorzugt über 80. Die korrelierte Farbtemperatur liegt bevorzugt zwischen 2000 K und 4000 K, bevorzugt zwischen 3500 K und 2700 K.
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 2016 124 366.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
E Emission
λ Wellenlänge
nm Nanometer
CRI Farbwiedergabeindex
CCT korrelierte Farbtemperatur
K Kelvin
100 optoelektronisches Bauelement
1 Konversionselement
8 Träger
9 Leiterrahmen
6 Schichtenfolge
10 Bonddraht
11 Gehäuse
12 Verguss

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100) umfassend
eine Schichtenfolge (6) mit einer aktiven Schicht, die im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische
Primärstrahlung emittiert,
ein Konversionselement (1), das im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung und über der
Schichtenfolge (6) angeordnet ist, wobei
das Konversionselement (1) ein anorganisches Matrixmaterial, ausgewählt aus einem oxidischen Glas oder einer oxidischen Keramik, und zumindest einen ersten Leuchtstoff der Formel (Mg, Ca, Sr, Ba) ( Si , Ti ) 202N2 : Yb2+ umfasst und der erste
Leuchtstoff dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine
elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren.
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
wobei der erste Leuchtstoff die Formel Sri_xYbxSi202 2 mit 0 < x ^ 0,05, bevorzugt 0,001 x 0,02 aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das anorganische Matrixmaterial ein Quarzglas, ein Silikatglas, Alumosilikatglas , Boratglas, Phosphatglas, Aluminatglas , Sulfatglas, Telluridglas , Germanatglas und/oder Plumbatglas umfasst.
4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, wobei das anorganische Matrixmaterial eine Silikatkeramik, Alumosilikatkeramik, Boratkeramik, Phosphatkeramik,
Aluminatkeramik, Sulfatkeramik, Telluridkeramik,
Germanatkeramik und/oder Plumbatkeramik umfasst.
5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oxidische Glas oder die oxidische Keramik Si02, AI2O3, B2O3, P2O5, ein Sulfat, GeÜ2, Te02, PbO und/oder Pb02 enthält.
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei das oxidische Glas oder die oxidische Keramik
zusätzlich Metalloxide umfasst, die aus einer Gruppe
ausgewählt sind, die Bi203, ZnO, Li20, Na20, K20, MgO, CaO, SrO, BaO, A1203, Zr02, Ti02, Nb205, Ta205, W03, Hf02, M03, Te02, Sb2Ü3, AgO, SnÜ2 und Kombinationen daraus umfasst.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionselement (1) einen zweiten Leuchtstoff umfasst, der dazu eingerichtet ist, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise in eine
elektromagnetische Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu konvertieren.
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
wobei der zweite Leuchtstoff ein oxidischer, ein
oxinitridischer, ein Chlorosilikat- oder ein Halophosphat- Leuchtstoff ist.
9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach den
vorhergehenden Ansprüchen 7 oder 8, wobei der zweite Leuchtstoff aus einem der folgenden
Leuchtstoffe ausgewählt ist:
(YaLui-a) 3 (Ali_bGab) 50i2:Ce3+ mit 0 < a < 1 und 0 < b < 0,5,
(Ba, Sr, Ca) Si202N2 :Eu2+,
- Sii2-m-nAlm+nOnN16-n: D mit m+n < 12 und D = Ce3+, Li+, Mg2+, Ca2+
Yb2+ und/oder Y3+
- ß-SiAlON-Leuchtstoff der Formel Si6-z-2y"■ (Eu, Yb) y- - -AlzOzN8_z mit 0 < z < 6 und 0,001 < y''' < 0,2 oder der Formel
Eut (AE) w (Sii-oAl0 ) 3 ( i-nOn) 4 mit AE = Li, Na und/oder K, 0 < w < 0,01, 0 < o < 0,05, 0 < n < 0,05, 0 < t < 0,05,
- Nitrido-Orthosilikat-Leuchtstoff (AE)2_b_y. (RE) bEuy' Sii_y04-b- 2yNb mit AE = Sr, Ba, Ca und/oder Mg, RE = Seltene
Erdmetalle, 0,002 < y' < 0,4, 0 < b < 2-y', 0 < y < 1, Orthosilikat-Leuchtstoff (Ba, Sr, Ca) 2Si04 : Eu2+,
- Chlorosilikat-Leuchtstoff (Ba, Sr, Ca) 8Mg (Si04) 4C12 :Eu2+,
Halophosphat-Leuchtstoff der Formel M5(P04)3Xmit X = F, Cl, Br und/oder I, M = Mg, Ca, Sr, Ba und/oder Zn,
- (Ca,Ba, Sr,Mg) 3Sii3Al302N21 : Eu2+,
- (Ca,Ba, Sr,Mg) 3Si60i2N2:Eu2+,
- (Sr,Ba,Ca)Lu2Mg2Si30i2:Ce3+ oder
(Sr,Ba,Ca)3Sc2Si3Oi2N2:Ce3+.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Konversionselement (1) als ein Plättchen
ausgebildet ist.
11. Optoelektronisches Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionselement (1) als ein Plättchen
ausgebildet ist und eine Schichtdicke zwischen 50 ym und 300 ym, bevorzugt zwischen 100 ym und 200 ym, aufweist.
12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste oder der erste und der zweite Leuchtstoff in Partikelform vorliegen.
13. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12,
wobei der erste und der zweite Leuchtstoff zu 5 bis 80 Vol.- %, bevorzugt zu 50 bis 80 Vol.-%, in Bezug auf das
Gesamtvolumen des Konversionselements (1) vorliegen.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (100) umfassend die Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen eine Schichtenfolge (6) mit einer aktiven Schicht zur Emission einer elektromagnetischen
PrimärStrahlung,
B) Herstellen eines Konversionselements (1),
C) Aufbringen des Konversionselements (1) auf die
Schichtenfolge (6),
wobei Verfahrensschritt B) folgende Verfahrensschritte umfasst :
Bl) Vermischen von Partikeln zumindest eines ersten
Leuchtstoffs der Formel (Mg, Ca, Sr, Ba) ( Si , i ) 202N2 : Yb2+ mit pulverförmigen Edukten eines Matrixmaterials,
B2) Erhitzen des Gemenges aus Verfahrensschritt Bl) auf eine Temperatur zwischen 150 °C und 600 °C oder 1000°C und 1600 °C.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109264992A (zh) * 2018-10-24 2019-01-25 中国科学院福建物质结构研究所 一种力致发光玻璃及力传感方法
WO2019021699A1 (ja) * 2017-07-24 2019-01-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
CN113388400A (zh) * 2021-06-03 2021-09-14 西安鸿宇光电技术有限公司 一种黄绿色力致发光材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008010498A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Showa Denko K.K. Phosphor, method for production thereof, and light-emitting apparatus
EP2463353A1 (de) * 2009-08-06 2012-06-13 Showa Denko K.K. Fluoreszierende substanz, verfahren zu ihrer herstellung und lumineszierende vorrichtung damit
EP2801599A1 (de) * 2012-05-31 2014-11-12 National Institute for Materials Science Leuchtstoff, herstellungsverfahren dafür, lichtemittierende vorrichtung, und bildanzeigevorrichtung
WO2015091388A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Konversionselement, verfahren zur herstellung eines konversionselements, optoelektronisches bauelement umfassend ein konversionselement

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MY149573A (en) * 2002-10-16 2013-09-13 Nichia Corp Oxynitride phosphor and production process thereof, and light-emitting device using oxynitride phosphor
DE102012210083A1 (de) * 2012-06-15 2013-12-19 Osram Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008010498A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Showa Denko K.K. Phosphor, method for production thereof, and light-emitting apparatus
EP2463353A1 (de) * 2009-08-06 2012-06-13 Showa Denko K.K. Fluoreszierende substanz, verfahren zu ihrer herstellung und lumineszierende vorrichtung damit
EP2801599A1 (de) * 2012-05-31 2014-11-12 National Institute for Materials Science Leuchtstoff, herstellungsverfahren dafür, lichtemittierende vorrichtung, und bildanzeigevorrichtung
WO2015091388A1 (de) * 2013-12-19 2015-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Konversionselement, verfahren zur herstellung eines konversionselements, optoelektronisches bauelement umfassend ein konversionselement

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019021699A1 (ja) * 2017-07-24 2019-01-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発光装置
US11394176B2 (en) 2017-07-24 2022-07-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Light emitting device
CN109264992A (zh) * 2018-10-24 2019-01-25 中国科学院福建物质结构研究所 一种力致发光玻璃及力传感方法
CN113388400A (zh) * 2021-06-03 2021-09-14 西安鸿宇光电技术有限公司 一种黄绿色力致发光材料及其制备方法和应用

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