WO2019115462A1 - Leuchtstoffmischung, konversionselement und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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phosphor mixture
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quantum dot
mixture
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Ralph Peter Bertram
Ivar TÅNGRING
Philipp Pust
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials

Definitions

  • a phosphor mixture, a conversion element and an optoelectronic component are specified.
  • a conversion element is to be specified which likewise has improved efficiency when used in an optoelectronic component
  • Optoelectronic device are the subject of the respective dependent claims.
  • a phosphor mixture which comprises at least one quantum dot phosphor and at least one
  • Functional material includes.
  • the functional material is formed scattering for electromagnetic radiation
  • Quantum dot phosphor and the functional material are in particulate form in the phosphor mixture, unless explicitly stated otherwise.
  • Quantum dot phosphors are to be understood here and below to mean semiconducting particles with a size in the nanometer range, their converting properties
  • quantum dot phosphors contain a core and a
  • the band gap of the shell is adjusted by material and size so that it absorbs the electromagnetic radiation of an excitation spectrum.
  • the core is composed and dimensioned to re-emit some of the absorbed energy as electromagnetic radiation in the emission spectrum.
  • quantum dot phosphors have a diameter between
  • a quantum dot phosphor with envelope may have a total size of between 50 nm and up to 20 ym. In particular, grains with sizes greater than 100 nm can have several
  • the shells are suitable, on the one hand, for preventing or reducing the agglomeration of the quantum dot phosphors, and on the other hand for the generally easily oxidizable materials of the
  • Quantum dot phosphors as conversion material in
  • quantum dot phosphors usually contain cadmium compounds whose use is restricted by a RoHS (Restriction of Hazardous Substances) directive. So the proportion of cadmium in the potting material of an LED is limited to 0.01% by weight. With this restriction, it is
  • the functional material is designed to be scattering for electromagnetic radiation, the free path of the light through the material of the phosphor mixture is reduced by a greater scattering in the phosphor mixture. This improves the existing quantum dot phosphor
  • the weight of the phosphor mixture is increased and thus contains the same proportion by weight
  • Quantum dot phosphors a larger number of Quantum dot phosphors.
  • more quantum dot phosphors are available for the conversion of electromagnetic radiation and thus lead to an increase in efficiency without exceeding the permitted cadmium content.
  • the functional material comprises a material selected from a group consisting of alumina, titania, rare earth oxides,
  • Grenades and glasses exists. These materials may be formed as scattering particles and / or as particles of high density.
  • Alumina can be used, for example, in the form of a-alumina (sapphire), which has a density of 3.94 g / cm 3 and a refractive index of 1.8.
  • Titanium dioxide can be used either as an anatase having a density of 3.9 g / m 3 and a refractive index of 2.5 or as a rutile having a density of 4.23 g / m 3 and a refractive index of 2.87.
  • Suitable grenades are
  • YAG yttrium aluminum garnet Y 3 Al 5 O 12
  • LuAG lutetium-aluminum garnet LU 3 Al 5 O 12
  • Suitable glasses include special glasses with high
  • Density and refractive index which can be used in particular as scattering materials.
  • Functional material scattering particles having a diameter which is selected from the range 0.5 ym to 5 ym. With a diameter selected from this range, the particles can control the scattering in the
  • the scattering particles in the phosphor mixture have a proportion which is selected from the range 1 to 5% by weight.
  • the scatter is increased sufficiently to obtain an efficiency gain, but not too strong to undo the effect gained.
  • High-density particles having a density greater than or equal to 2 g / cm 3 .
  • the density may be greater than or equal to 5 g / cm 3 .
  • the high density particles may be scattering or non-scattering
  • the particles act as a heavy filler material that reduces the weight of the material
  • Phosphor mixture increases and thus a higher number of quantum dot phosphors at the same
  • the high-density particles have according to a
  • Embodiment a diameter of greater than or equal to 5 ym.
  • the high density particles may have a diameter greater than or equal to 10 ym.
  • a larger diameter of the particles leads to a reduced scattering. This in turn allows more particles of high density to be introduced into the phosphor mixture, which increase the weight of the phosphor mixture and thus enable an increased number of quantum dot phosphors in the phosphor mixture, without the prescribed limit values
  • the high-density particles have a content in the phosphor mixture of less than or equal to 50% by weight. Are the particles with high density strongly scattered, the proportion should not exceed 3% by weight in order to avoid excessive dispersion in the
  • Functional material scattering particles the electromagnetic radiation of a first wavelength range at least partially in electromagnetic radiation of a second
  • Such particles are also referred to below as scattering phosphor particles or as scattering, converting particles.
  • scattering phosphor particles may have a diameter selected from the range of 0.5 ym to 5 ym.
  • Quantum dot phosphors are better or more often used for conversion. For the same amount
  • quantum dot phosphors enable higher conversion and thus greater efficiency.
  • the electromagnetic radiation of the second wavelength range may be identical to the wavelength range emitted by the quantum dot phosphors or
  • a scattering green or red phosphor with a red quantum dot Fluorescent or a green quantum dot phosphor can be combined.
  • Dispersing phosphor particles may have a content in the phosphor mixture of from 1 to 30% by weight,
  • scattering phosphor particles that emit red light may be selected from:
  • N is at least one divalent metallic element
  • M is a divalent metallic element other than N
  • D is one, two or more elements from the group consisting of Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, alkali metals and Yb,
  • -SX comprises at least one tetravalent element
  • -AX comprises at least one trivalent element
  • Sr x Cai x AlSiN Eu, wherein between 0.1% and 5% of the Sr-Ca lattice sites and / or the Sr lattice sites and / or the Ca lattice sites are replaced by Eu, and
  • scattering phosphor particles that emit green light may be selected from: beta-SiAlON Si 6-x Al z O y N 8-y : RE, where 0 ⁇ xd 4, 0 ⁇ yd 4, 0 ⁇ z ⁇ 1 and RE is one or more elements selected from
  • rare earth metals preferably at least Eu and / or Yb
  • Wavelength range can thus be selected from the red and / or from the green spectral range.
  • the functional material can also be a combination of
  • the at least one quantum dot phosphor can be selected from a group, consisting of CdSe, CdS, CdTe, InP, InAs, C1 (Z) S, AIS, Zn 3 N 2, Si, ZnSe, ZnO, and GaN.
  • the proportion of quantum dot phosphor in the phosphor mixture may be about 1% by weight. Due to the presence of the functional material, it is therefore also possible to use Cd-containing quantum dot phosphors in the phosphor mixture whose efficiency is well utilized and at the same time the permitted Cd content in the phosphor mixture is not exceeded.
  • Phosphor mixture on at least one other phosphor This may, for example, one or more of those mentioned above with respect to the scattering phosphor particles
  • the at least one further phosphor can be used in a proportion of 20 to 30% by weight in the
  • Phosphor mixture may be present.
  • the phosphor mixture is thus composed of at least one quantum dot phosphor, the functional material and at least one further phosphor.
  • the at least one other phosphor can be the same
  • the at least one further phosphor can have particles whose diameter is greater than 5 ⁇ m.
  • the at least one further phosphor can emit radiation in the red or in the green wavelength range.
  • a phosphor can be selected which has a high density. This leads to a further increase in the weight of the phosphor mixture and thus enables a higher number of quantum dot phosphors with the same proportion by weight of Cd in the phosphor mixture.
  • An example of such a phosphor is LuAGaG (LU3 (Ali_ x Ga x) 5O12: Ce) with green
  • the at least one quantum dot phosphor and the functional material are present as a mixture of particles which are embedded in a matrix.
  • the matrix may be here and below a silicone or glass matrix. Silicone has a density of 0.8 to 1 g / cm 3 and has a refractive index of 1.4 to 1.55. That makes them especially good
  • Suitable matrix materials Glasses usually have a density of 2 to 4 g / cm 3 , specialty glasses also have more than 5 g / cm 3 and refractive indices of 1.4 to more than 2. The latter are therefore particularly suitable as scattering or functional materials.
  • the at least one quantum dot phosphor and the functional material are arranged in two mutually different, mutually adjacent regions as particles in a matrix.
  • Embodiment are thus arranged scattering and / or high-density particles spatially separated from the quantum dot phosphor. This arrangement allows a higher
  • quantum dot phosphors can be separated
  • Regions may be arranged as particles in a matrix.
  • Quantum dot phosphor comprehensive range free of other phosphors. Thus, a spatial separation of phosphors and quantum dot phosphors takes place here. For example, if a green phosphor within a
  • Radiation emitting semiconductor chip is placed as the quantum dot phosphor, the flux density of the blue light emitted from the semiconductor chip is reduced to the quantum dot phosphor, which can further increase the efficiency of the quantum dot phosphor.
  • composition of the phosphor mixture increased
  • the conversion element can the
  • the conversion element can be formed as a conversion plate or as a potting.
  • Semiconductor chip which emits electromagnetic radiation of a first wavelength range, and comprises a phosphor mixture according to the above embodiments.
  • Phosphor mixture can particularly efficiently convert the radiation of the semiconductor chip in the optoelectronic component.
  • Phosphor mixture are given, thus also apply to the optoelectronic device and vice versa.
  • the phosphor mixture in the optoelectronic component in one on the
  • Phosphor mixture arranged as encapsulation over the semiconductor chip.
  • Figures 1 to 4 show a schematic sectional view
  • FIGS. 5 to 8 show a schematic sectional view of optoelectronic components according to exemplary embodiments.
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • the phosphor mixture 1 contains a matrix 50 in which particles of quantum dot phosphors 20 and particles of a
  • the functional material is formed as a scattering particles 31.
  • These increase the scattering in the phosphor mixture 1, whereby the free path of the light through the phosphor mixture 1 is reduced and a higher conversion by the existing quantum dot phosphors 20 is made possible.
  • the proportion of quantum dot phosphors 20 in the phosphor mixture 1 is about 1% by weight, that of the scattering particles 31 is 1 to 5% by weight.
  • the matrix 50 may be, for example, a silicone matrix. But even a matrix of glasses is conceivable.
  • the quantum dot phosphor 20 may contain or consist of, for example, CdSe, CdS or CdTe.
  • the scattering particles 31 comprise a material which is, for example, alumina, titania, rare earth oxides, garnets or special glasses.
  • Diameter of the scattering particles 31 is between 0.5 ym and 5 ym.
  • Optoelectronic component for example, a warm white LED, thus obtained at the same content of quantum dot phosphors 20 and thus at the same content of cadmium more converted light from the quantum dot phosphors 20 and thus the efficiency of the white LED can be increased by 2 to 5%
  • the quantum dot phosphor 20 may in particular be a red emitting quantum dot phosphor.
  • FIG. 2 shows a phosphor mixture 1 in which the scattering particles 31 have been replaced by high-density particles 32, which are used as functional material together with the
  • Quantum dot phosphor 20 are embedded in the matrix 50.
  • the high density particles 32 may also be
  • particles of alumina, titanium dioxide, garnets, oxides of rare earths or special glasses contain or consist of. If the particles of high density 32 are highly scattering, their proportion lies in the
  • Phosphor mixture 1 at 1 to 3 wt%, they are not formed or little scattering, their share is less than 50% by weight.
  • the diameter of the high-density particles 32 is 0.5 to 5 ym, if they are highly scattering, otherwise greater than or equal to 5 ym. In particular, the diameter is greater than or equal to 10 ym.
  • Density 32 is greater than or equal to 2 g / cm 3 , preferably greater than or equal to 5 g / cm 3 .
  • the high-density particles 32 increase the weight of the phosphor mixture 1, with the same
  • Weight proportion of a larger number of quantum dot phosphors 20 may be present in the phosphor mixture 1.
  • more quantum dot phosphors 20 are in the Phosphor mixture 1 available and can be to a
  • Phosphor mixture 1 increased by 4 to 5%.
  • 4 to 5% more quantum dot phosphors 20 can be introduced without exceeding the limit values for the cadmium content.
  • the amount of particles introduced high density 32 is limited only process technology, as too high
  • the alumina in the above example by a garnet, for example, undoped LuAG with a
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a
  • the scattering particles 31 are replaced by scattering, converting particles 33, which are present as functional material together with the quantum dot phosphor 20 in the matrix 50. These particles 33 have substantially the same
  • the scattering particles 31 Properties in terms of particle diameter and content in the phosphor mixture 1, such as the scattering particles 31, with the difference that they additionally have wavelength-converting properties.
  • examples of such particles 33 are LuAG and LuAGaG.
  • the scattering converting particles 33 also lead to increased efficiency, as already explained with respect to the scattering particles 31. At the scattering, converting
  • Particles 33 are fine-grained
  • Phosphor particles with diameters of 0.5 to 5 ym which in contrast to phosphors, which are usually with a
  • Grain size of over 15 ym can be used in the
  • Phosphor mixture 1 is introduced.
  • FIGS. 1 to 3 may also be combined in a phosphor mixture 1 (not shown here). That is, besides the quantum dot phosphor 20, there may be functional material in the phosphor mixture 1 comprising scattering particles 31, high density particles 32, and scattering converting particles 33. Also combinations of scattering particles 31 and high-density particles 32, scattering particles 31 and scattering,
  • Figure 4 is a schematic side view of a
  • Phosphor mixture 1 shown which are next to the quantum dot phosphor 20 and the functional material (here
  • scattering particles 31 still contains at least one further phosphor 40. This one can
  • the quantum dot phosphors 20, the functional material and the further phosphor 40 are mixed in particle form in the matrix 50 before.
  • a particularly heavy, ie dense phosphor 40 can be used as further phosphor 40.
  • LuAGaG having a specific gravity of about 7 g / cm 3 instead of LuAG having a specific gravity of 6.7 g / cm 3 is suitable for this purpose.
  • the proportion of the further phosphor 40 in the phosphor mixture 1 is between 20 and 30% by weight.
  • the phosphor mixture 1 can be used in conversion elements which can be used as conversion platelets or as potting in optoelectronic components.
  • the phosphor mixture 1 for example, one or more green phosphors with one or more red phosphors as further phosphors 40 and red
  • Quantum dot phosphors 20 or green quantum dot phosphors 20 together with functional material in a matrix 50 are combined.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view
  • radiation-emitting semiconductor chip 60 which is preferably a light-emitting diode chip and emits radiation of an excitation spectrum of a first wavelength range.
  • Semiconductor chip 60 is in the recess of a
  • Component housing 70 is arranged.
  • the recess of the housing 70 is further filled with a phosphor mixture 1, which is formed as a potting for the semiconductor chip 60.
  • the phosphor mixture 1 can be composed as described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the device emits warm white electromagnetic radiation, resulting from
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a
  • semiconductor chips 60 on a substrate 90 which is a
  • Circuit board can be arranged.
  • the semiconductor chips 60 are surrounded by a frame 80.
  • the frame 80 is
  • a phosphor mixture 1 which again according to one of the examples, as described with reference to Figure 1 to 4, may be composed.
  • FIG. 7 shows, in a schematic sectional view, again an optoelectronic component as already described with regard to FIG.
  • the phosphor mixture 1 has two
  • Semiconductor chip 60 is adjacent, are arranged as a functional material scattering particles 31.
  • a functional material scattering particles 31 In the phosphor mixture 1 is thus a spatial separation of scattering
  • scattering particles 31 contains scattering particles 31, including high-density particles 32 be present and / or be present in the area containing the quantum dot phosphors 20 scattering, converting particles 33 (not shown here).
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of a further embodiment of the optoelectronic component. Here are adjacent to the semiconductor chip 60, an area of the
  • the phosphors 40 for example, green phosphors embedded in a
  • Matrix 50 contains. Further away from the semiconductor chip 60, the region of the phosphor mixture 1 is placed, which contains the quantum dot phosphors 20 and optionally further
  • Quantum dot phosphors 20 increased. In the region containing the phosphors 40 also scattering, converting particles 33 may be arranged (not shown here).

Abstract

Es wird eine Leuchtstoffmischung (1) angegeben, die zumindest einen Quantenpunkt-Leuchtstoff (20) und zumindest ein Funktionsmaterial umfasst, wobei das Funktionsmaterial streuend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist und/oder eine hohe Dichte aufweist.

Description

Beschreibung
LEUCHTSTOFFMISCHUNG, KONVERSIONSELEMENT UND
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es werden eine Leuchtstoffmischung, ein Konversionselement und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Es soll eine Leuchtstoffmischung mit verbesserter Effizienz bei Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement
angegeben werden. Weiterhin soll ein Konversionselement angegeben werden, das ebenfalls eine verbesserte Effizienz bei Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement
aufweist. Außerdem soll ein optoelektronisches Bauelement mit erhöhter Effizienz angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch eine Leuchtstoffmischung, ein Konversionselement und ein optoelektronisches Bauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der
Leuchtstoffmischung, des Konversionselements und des
optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Es wird eine Leuchtstoffmischung angegeben, die zumindest einen Quantenpunkt-Leuchtstoff und zumindest ein
Funktionsmaterial umfasst. Dabei ist das Funktionsmaterial streuend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet
und/oder weist eine hohe Dichte auf.
Der Quantenpunkt-Leuchtstoff sowie das Funktionsmaterial liegen in der Leuchtstoffmischung in Partikelform vor, wenn nicht explizit anders angegeben. Unter Quantenpunkt-Leuchtstoffen sollen hier und im Folgenden halbleitende Partikel mit einer Größe im Nanometerbereich verstanden werden, deren konvertierende Eigenschaften
aufgrund ihrer begrenzten Dimension entstehen. Üblicherweise enthalten Quantenpunkt-Leuchtstoffe einen Kern und eine
Schale. Die Bandlücke der Schale ist über Material und Größe so eingestellt, dass sie die elektromagnetische Strahlung eines Anregungsspektrums absorbiert. Der Kern wiederum ist so zusammengesetzt und dimensioniert, dass er einen Teil der absorbierten Energie als elektromagnetische Strahlung im Emissionsspektrum wieder aussendet. Quantenpunkt-Leuchtstoffe weisen beispielsweise einen Durchmesser zwischen
einschließlich 2 nm und einschließlich 20 nm auf. Neben Kern und Schale können eine oder mehrere Hüllen, die Harze oder Gläser aufweisen oder daraus bestehen, vorhanden sein. Ein Quantenpunkt-Leuchtstoff mit Hülle kann insgesamt eine Größe von zwischen 50 nm und bis zu 20 ym aufweisen. Insbesondere Körner mit Größen von mehr als 100 nm können mehrere
Quantenpunkt-Leuchtstoffe enthalten. Die Hüllen sind zum einen geeignet, eine Agglomeration der Quantenpunkt- Leuchtstoffe zu verhindern oder zu verringern, zum anderen die im Allgemeinen leicht oxidierbaren Materialien der
Quantenpunkt-Leuchtstoffe vor beispielsweise Sauerstoff oder Wasser zu schützen.
Gegenüber konventionellen Leuchtstoffen ermöglichen
Quantenpunkt-Leuchtstoffe als Konversionsmaterial in
optoelektronischen Bauelementen (beispielsweise LEDs) aufgrund ihres schmalbandigen Emissionsspektrums
Effizienzgewinne von 20% und mehr. Derzeit verfügbare
Quantenpunkt-Leuchtstoffe enthalten jedoch meist Cadmium- Verbindungen, deren Einsatz durch eine RoHS-Direktive (RoHS: Restriction of Hazardous Substances) eingeschränkt ist. So ist der Anteil von Cadmium im Vergussmaterial einer LED auf 0,01 Gew% beschränkt. Mit dieser Beschränkung ist es
lediglich möglich, Effizienzvorteile von etwa 5% gegenüber konventionellen Leuchtstoffen zu erreichen. Zur Umgehung dieses Problems wurden bislang LED-Packages vergrößert, was aus Kostengründen und mangelnder Kompatibilität unattraktiv ist. Alternativ wird bislang ein Teil des konvertierten
Lichtes weiterhin mit klassischen Leuchtstoffen erzeugt und auf den Effizienzgewinn durch Quantenpunkt-Leuchtstoffe verzichtet .
Mit einer erfindungsgemäßen Leuchtstoffmischung kann die hohe Effizienz von Quantenpunkt-Leuchtstoffen besser ausgenutzt werden, ohne den erlaubten Gehalt an Cadmium zu
überschreiten. Dies wird durch das Funktionsmaterial, das in der Leuchtstoffmischung vorhanden ist, erreicht.
Ist das Funktionsmaterial streuend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet, wird durch eine stärkere Streuung in der Leuchtstoffmischung die freie Weglänge des Lichtes durch das Material der Leuchtstoffmischung reduziert. Damit wird der vorhandene Quantenpunkt-Leuchtstoff besser
beziehungsweise öfter zur Konversion von elektromagnetischer Strahlung genutzt. Bei gleicher Menge an Quantenpunkt- Leuchtstoff in einer Leuchtstoffmischung ist somit eine höhere Konversion möglich und damit eine höhere Effizienz, wenn die Leuchtstoffmischung beispielsweise in einem
optoelekronischen Bauelement eingesetzt wird.
Weist das Funktionsmaterial zusätzlich oder alternativ eine hohe Dichte auf, wird das Gewicht der Leuchtstoffmischung erhöht und somit enthält der gleiche Gewichtsanteil an
Quantenpunkt-Leuchtstoffen eine größere Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen. Somit stehen mehr Quantenpunkt- Leuchtstoffe zur Konversion elektromagnetischer Strahlung zur Verfügung und führen damit zu einem Effizienzgewinn, ohne den erlaubten Cadmium-Gehalt zu überschreiten.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Funktionsmaterial ein Material auf, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Oxide der seltenen Erden,
Granaten und Gläsern besteht. Diese Materialien können als streuende Partikel und/oder als Partikel mit hoher Dichte ausgebildet sein. Aluminiumoxid kann beispielsweise in Form von a-Aluminiumoxid (Saphir) eingesetzt werden, welches eine Dichte von 3,94 g/cm3 und einen Brechungsindex von 1,8 aufweist. Titandioxid kann entweder als Anatas mit einer Dichte von 3,9 g/m3 und einem Brechungsindex von 2,5 oder als Rutil mit einer Dichte von 4,23 g/m3 und einem Brechungsindex von 2,87 verwendet werden. Geeignete Granate sind
beispielsweise YAG (Yttrium-Aluminium-Granat Y3AI5O12) mit einer Dichte von 4,6 g/m3 und einem Brechungsindex von 1,8 oder LuAG (Lutetium-Aluminium-Granat LU3AI5O12) mit einer Dichte von mehr als 6,7 g/cm3 und einem Brechungsindex von 1,84. Geeignete Gläser umfassen Spezialgläser mit hoher
Dichte und Brechungsindex, die insbesondere als streuende Materialien eingesetzt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das
Funktionsmaterial streuende Partikel, die einen Durchmesser aufweisen, der aus dem Bereich 0,5 ym bis 5 ym ausgewählt ist. Mit einem Durchmesser, der aus diesem Bereich ausgewählt ist, können die Partikel die Streuung in der
Leuchtstoffmischung ausreichend erhöhen, um die Effizienz zu steigern . Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben die streuenden Partikel in der Leuchtstoffmischung einen Anteil, der aus dem Bereich 1 bis 5 Gew% ausgewählt ist. Damit wird die Streuung ausreichend erhöht um einen Effizienzgewinn zu erhalten, aber nicht zu stark um den gewonnenen Effekt wieder rückgängig zu machen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das
Funktionsmaterial Partikel mit hoher Dichte, die eine Dichte aufweisen, die größer oder gleich 2 g/cm3 ist. Insbesondere kann die Dichte größer oder gleich 5 g/cm3 sein. Die Partikel mit hoher Dichte können streuend oder nichtstreuend
ausgebildet sein. Aufgrund ihrer hohen Dichte wirken die Partikel als schweres Füllmaterial, das das Gewicht der
Leuchtstoffmischung erhöht und somit eine höhere Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen bei gleichbleibendem
Gewichtsanteil in der Leuchtstoffmischung ermöglicht.
Die Partikel mit hoher Dichte weisen gemäß einer
Ausführungsform einen Durchmesser von größer oder gleich 5 ym auf. Insbesondere können die Partikel mit hoher Dichte einen Durchmesser von größer oder gleich 10 ym aufweisen. Ein größerer Durchmesser der Partikel führt zu einer verringerten Streuung. Damit können wiederum mehr Partikel hoher Dichte in die Leuchtstoffmischung eingebracht werden, die das Gewicht der Leuchtstoffmischung erhöhen und somit eine erhöhte Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen in die Leuchtstoffmischung ermöglichen, ohne die vorgegebenen Grenzwerte zu
überschreiten .
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Partikel mit hoher Dichte einen Anteil in der Leuchtstoffmischung von weniger oder gleich 50 Gew% auf. Sind die Partikel mit hoher Dichte stark streuend ausgebildet, sollte der Anteil 3 Gew% nicht überschreiten, um eine zu starke Streuung in der
Leuchtstoffmischung zu vermeiden. Wird ansonsten der Gehalt an Partikel mit hoher Dichte, die wenig oder nicht streuend ausgebildet sind, bei < 50 Gew% gehalten, ist eine gute
Verarbeitbarkeit des Materials der Leuchtstoffmischung gewährleistet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das
Funktionsmaterial streuende Partikel, die elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs konvertieren. Solche Partikel werden im Folgenden auch als streuende Leuchtstoffpartikel oder als streuende, konvertierende Partikel bezeichnet. Somit wird in der Leuchtstoffmischung zumindest ein Quantenpunkt- Leuchtstoff mit stärker streuenden Leuchtstoffpartikeln kombiniert. Die streuenden Leuchtstoffpartikel können einen Durchmesser aufweisen, der aus dem Bereich 0,5 ym bis 5 ym ausgewählt ist.
Auch in diesem Fall wird ausgenutzt, dass durch die stärkere Streuung die freie Weglänge des Lichtes durch die
Leuchtstoffmischung reduziert wird und damit die
Quantenpunkt-Leuchtstoffe besser beziehungsweise öfter zur Konversion genutzt werden. Bei gleicher Menge an
Quantenpunkt-Leuchtstoffen wird somit eine höhere Konversion ermöglicht und damit eine größere Effizienz erreicht. Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs kann identisch mit dem Wellenlängenbereich sein, der von den Quantenpunkt-Leuchtstoffen emittiert wird oder
unterschiedlich davon. Es kann beispielsweise ein streuender grüner oder roter Leuchtstoff mit einem roten Quantenpunkt- Leuchtstoff oder einem grünen Quantenpunkt-Leuchtstoff kombiniert werden. Streuende Leuchtstoffpartikel können einen Anteil in der Leuchtstoffmischung von 1 bis 30 Gew%,
insbesondere von 20 bis 30 Gew% haben.
Streuende Leuchtstoffpartikel, die rotes Licht emittieren, können beispielsweise ausgewählt sein aus:
N (NaMi_a) SX2AX2NX6:D, wobei
- N zumindest ein zweiwertiges metallisches Element ist,
- M ein anderes zweiwertiges metallisches Element als N ist,
- D ist eines, zwei oder mehrere Elemente aus der Gruppe Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Alkalimetalle und Yb umfasst,
-SX zumindest ein vierwertiges Element umfasst,
-AX zumindest ein dreiwertiges Element umfasst,
-NX zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe N,
0, F, CI umfasst,
- der Parameter a zwischen einschließlich 0,6 und
einschließlich 1,0, bevorzugt zwischen einschließlich 0,8 und einschließlich 1,0 liegt,
SrxCai-xAlSiN : Eu, wobei zwischen einschließlich 0,1% und 5% der Sr-Ca-Gitterplätze und/oder der Sr-Gitterplätze und/oder der Ca-Gitterplätze durch Eu ersetzt sind, und
(M) 2- xEuXSi5N8 mit M = Sr, Ca und/oder Ba und 0,001 < x <
0,2, bevorzugt 0,01 < x < 0,1.
Streuende Leuchtstoffpartikel, die grünes Licht emittieren, können beispielsweise ausgewählt sein aus: beta-SiAlON Si6-xAlzOyN8-y:RE, wobei 0 < x d 4, 0 < y d 4, 0 < z < 1 und RE ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus
Seltenerdmetallen, bevorzugt mindestens Eu und/oder Yb enthält,
Y3 (Ali_xGax) 5O12 : Ce, wobei der Anteil an Ga 0,2 < x < 0,6, bevorzugt 0,3 < c < 0,5, weiter bevorzugt 0,35 d c < 0,45 beträgt,
(Gd,Y)3 (Ali_xGax) 50i2:Ce, oder (Tb, Y) 3 (Ali_xGax) 5O12 : Ce
mit einem Cer-Anteil von 1,5-5 Mol%, bevorzugt
2,5-5 Mol% und einem Gallium-Anteil x von 0 bis 0,5,
bevorzugt x von 0 bis 0,1, und
LU3 (Ali_xGax) 5O12 : Ce oder (Lu, Y) 3 (Ali_xGax) 5O12 : Ce mit einem Cer- Anteil von 0,5-5 Mol%, bevorzugt 0,5-2 Mol%, jeweils bezogen auf die Seltenerdmetalle, und einem Gallium-Anteil x zwischen 0 bis 0,5, bevorzugt zwischen 0,15 bis 0,3.
Auch Mischungen der genannten streuenden Leuchtstoffpartikel sind denkbar.
Die elektromagnetische Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs kann somit aus dem roten und/oder aus dem grünen Spektralbereich ausgewählt sein.
Das Funktionsmaterial kann auch eine Kombination aus
streuenden Partikeln, Partikeln hoher Dichte oder streuenden Partikeln, die konvertierende Eigenschaften aufweisen, umfassen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus CdSe, CdS, CdTe, InP, InAs, C1(Z)S, AIS, Zn3N2, Si, ZnSe, ZnO und GaN besteht. Der Anteil an Quantenpunkt- Leuchtstoff in der Leuchtstoffmischung kann etwa 1 Gew% betragen. Aufgrund des Vorhandenseins des Funktionsmaterials können somit auch Cd-haltige Quantenpunkt-Leuchtstoffe in der Leuchtstoffmischung eingesetzt werden, deren Effizienz gut ausgenutzt wird und gleichzeitig der erlaubte Cd-Gehalt in der Leuchtstoffmischung nicht überschritten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Leuchtstoffmischung zumindest einen weiteren Leuchtstoff auf. Dieser kann beispielsweise eines oder mehrere der oben in Bezug auf die streuenden Leuchtstoffpartikel genannten
Materialien umfassen. Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann mit einem Anteil von 20 bis 30 Gew% in der
Leuchtstoffmischung vorhanden sein. Die Leuchtstoffmischung ist somit zusammengesetzt aus zumindest einem Quantenpunkt- Leuchtstoff, dem Funktionsmaterial sowie zumindest einem weiteren Leuchtstoff. Durch die oben beschriebene
Effizienzsteigerung des Quantenpunkt-Leuchtstoffs wird die Effizienz der gesamten Leuchtstoffmischung auch bei
Vorhandensein weiterer Leuchtstoffe erhöht.
Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann das gleiche
Material aufweisen, wie das Funktionsmaterial, wenn dieses streuende Partikel umfasst, die Wellenlängen-konvertierend ausgebildet sind, oder davon unterschiedliches Material. Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann Partikel aufweisen, deren Durchmesser größer als 5 ym sind.
Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann im roten oder im grünen Wellenlängenbereich Strahlung emittieren. Vorteilhaft kann als zumindest ein weiterer Leuchtstoff ein Leuchtstoff ausgewählt werden, der eine hohe Dichte aufweist. Dies führt zu einer weiteren Steigerung des Gewichts der Leuchtstoffmischung und ermöglicht somit eine höhere Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen bei gleichem Gewichtsanteil von Cd in der Leuchtstoffmischung. Ein Beispiel für solch einen Leuchtstoff ist LuAGaG (LU3 (Ali_xGax) 5O12 : Ce) mit grüner
Emissionsfarbe ( peak 550-570 nm) undmit einer spezifischen Dichte von 7 g/cm3, das anstelle von LuAG mit einer
spezifischen Dichte von 6,7 g/cm3 eingesetzt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegen der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff und das Funktionsmaterial als Mischung von Partikeln vor, die in einer Matrix eingebettet sind. Bei der Matrix kann es sich hier und im Folgenden um eine Silikon- oder Glasmatrix handeln. Silikon weist eine Dichte von 0,8 bis 1 g/cm3 auf und hat einen Brechungsindex von 1,4 bis 1,55. Damit sind sie besonders gut als
Matrixmaterialien geeignet. Gläser haben üblicherweise eine Dichte von 2 bis 4 g/cm3, Spezialgläser auch über 5 g/cm3 und Brechungsindizes von 1,4 bis über 2. Letztere eigenen sich daher insbesondere auch als Streu- bzw. Funktionsmaterialien.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff und das Funktionsmaterial in zwei voneinander verschiedenen, aneinander angrenzenden Bereichen als Partikel in einer Matrix angeordnet. In dieser
Ausführungsform sind somit streuende und/oder Partikel hoher Dichte räumlich getrennt von dem Quantenpunkt-Leuchtstoff angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine höhere
Konzentration an streuenden Partikeln oder Partikeln hoher Dichte in der Leuchtstoffmischung aufgrund des geringeren Feststoffgehaltes in dem Bereich, in dem das Funktionsmaterial angeordnet ist. Damit werden Gießprozesse auch bei höheren Konzentrationen an Funktionsmaterial
ermöglicht. In dem Bereich, in dem der Quantenpunkt- Leuchtstoff angeordnet ist, können weitere Leuchtstoffe vorhanden sein. Die weiteren Leuchtstoffe und die
Quantenpunkt-Leuchtstoffe können wiederum getrennt
voneinander in verschiedenen, aneinander angrenzenden
Bereichen als Partikel in einer Matrix angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der den
Quantenpunkt-Leuchtstoff umfassende Bereich frei von weiteren Leuchtstoffen. Somit findet hier eine räumliche Trennung von Leuchtstoffen und Quantenpunkt-Leuchtstoffen statt. Wird beispielsweise ein grüner Leuchtstoff innerhalb einer
Leuchtstoffmischung näher an einem elektromagnetische
Strahlung emittierenden Halbleiterchip platziert als der Quantenpunkt-Leuchtstoff, wird die Flussdichte des von dem Halbleiterchip emittierten blauen Lichts an dem Quantenpunkt- Leuchtstoff herabgesetzt, was die Effizienz des Quantenpunkt- Leuchtstoffs weiter erhöhen kann.
Es wird weiterhin ein Konversionselement angegeben, dass eine Leuchtstoffmischung gemäß den obigen Ausführungen aufweist. Ein solches Konversionselement weist aufgrund der
Zusammensetzung der Leuchtstoffmischung eine erhöhte
Effizienz auf, wenn es in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt wird. Das Konversionselement kann die
Leuchtstoffmischung enthalten oder daraus bestehen. Weiterhin kann das Konversionselement als Konversionsplättchen oder als Verguss ausgeformt sein.
Sämtliche Merkmale der Leuchtstoffmischung gelten auch für das Konversionselement und umgekehrt. Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement
angegeben, das mindestens einen strahlungsemittierenden
Halbleiterchip, der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert, und eine Leuchtstoffmischung gemäß den obigen Ausführungen umfasst. Die
Leuchtstoffmischung kann in dem optoelektronischen Bauelement besonders effizient die Strahlung des Halbleiterchips konvertieren .
Sämtliche Merkmale die in Verbindung mit der
Leuchtstoffmischung angegeben werden, gelten somit auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Leuchtstoffmischung in dem optoelektronischen Bauelement in einem auf dem
Halbleiterchip angeordneten Konversionselement vorhanden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Leuchtstoffmischung als Verguss über dem Halbleiterchip angeordnet .
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Figuren 1 bis 4 zeigen in schematischer Schnittansicht
Leuchtstoffmischungen gemäß Ausführungsbeispielen.
Figuren 5 bis 8 zeigen in schematischer Schnittansicht optoelektronische Bauelemente gemäß Ausführungsbeispielen.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht einer
Leuchtstoffmischung 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Leuchtstoffmischung 1 enthält eine Matrix 50, in der Partikel von Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 sowie Partikel eines
Funktionsmaterials angeordnet sind. In diesem
Ausführungsbeispiel ist das Funktionsmaterial als streuende Partikel 31 ausgebildet. Diese erhöhen die Streuung in der Leuchtstoffmischung 1, womit die freie Weglänge des Lichts durch die Leuchtstoffmischung 1 reduziert und eine höhere Konversion durch die vorhandenen Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 ermöglicht wird. Der Anteil an Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 in der Leuchtstoffmischung 1 beträgt etwa 1 Gew%, die der streuenden Partikel 31 1 bis 5 Gew% . Die Matrix 50 kann beispielsweise eine Silikonmatrix sein. Aber auch eine Matrix aus Gläsern ist denkbar. Der Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 kann beispielsweise CdSe, CdS oder CdTe enthalten oder daraus bestehen. Die streuenden Partikel 31 weisen ein Material auf, das beispielsweise Aluminiumoxid, Titandioxid, Oxide der seltenen Erden, Granate oder Spezialgläser ist. Der
Durchmesser der streuenden Partikel 31 beträgt zwischen 0,5 ym und 5 ym.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels wird als streuende Partikel 31 5 Gew% Aluminiumoxid mit einer spezifischen Dichte von etwa 2 g/cm3 und einer Größe von 0,5 bis 5 ym in der
Leuchtstoffmischung 1 eingesetzt. Damit lässt sich die
Konversion von elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge in Strahlung einer zweiten Wellenlänge durch die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 um bis zu 50% steigern. Bei Verwendung der Leuchtstoffmischung 1 in einem
optoelektronischen Bauelement, beispielsweise einer warm weißen LED, kann somit bei gleichem Gehalt an Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 und damit bei gleichem Gehalt an Cadmium mehr konvertiertes Licht aus den Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 gewonnen und damit die Effizienz der weißen LED um 2 bis 5 % gesteigert werden. Bei dem Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 kann es sich insbesondere um einen rot emittierenden Quantenpunkt- Leuchtstoff handeln.
In Figur 2 ist eine Leuchtstoffmischung 1 gezeigt, in der die streuenden Partikel 31 durch Partikel hoher Dichte 32 ersetzt sind, die als Funktionsmaterial zusammen mit dem
Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 in der Matrix 50 eingebettet sind. Die Partikel hoher Dichte 32 können ebenfalls
beispielsweise Partikel Aluminiumoxid, Titandioxid, Granate, Oxide der seltenen Erden oder Spezialgläser enthalten oder daraus bestehen. Sind die Partikel hoher Dichte 32 stark streuend ausgebildet, liegt ihr Anteil in der
Leuchtstoffmischung 1 bei 1 bis 3 Gew%, sind sie nicht oder wenig streuend ausgebildet, liegt ihr Anteil bei weniger als 50 Gew% . Der Durchmesser der Partikel hoher Dichte 32 beträgt 0,5 bis 5 ym, wenn sie stark streuend ausgebildet sind, sonst größer oder gleich 5 ym. Insbesondere beträgt der Durchmesser größer oder gleich 10 ym. Die Dichte der Partikel hoher
Dichte 32 ist größer oder gleich 2 g/cm3, bevorzugt größer oder gleich 5 g/cm3. Die Partikel hoher Dichte 32 erhöhen das Gewicht der Leuchtstoffmischung 1, womit bei gleichem
Gewichtsanteil eine größere Anzahl an Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 in der Leuchtstoffmischung 1 vorhanden sein können. Damit stehen mehr Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 in der Leuchtstoffmischung 1 zur Verfügung und können zu einem
Effizienzgewinn führen.
Normalerweise optimiert man streuende Materialien in einer Leuchtstoffmischung so, dass mit wenig Streumaterial ein großer Streueffekt erzielt wird. Werden größere Partikel mit einem Durchmesser von > 5 ym, bevorzugt > 10 ym genutzt, wird es ermöglicht, aufgrund ihrer verringerten Streuung deutlich mehr schweres Streumaterial einzubringen. Werden als Partikel hoher Dichte 32 beispielsweise 10 Gew% Aluminiumoxid in die Leuchtstoffmischung 1 eingeführt, wird die Dichte der
Leuchtstoffmischung 1 um 4 bis 5% erhöht. Damit können 4 bis 5 % mehr Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 eingebracht werden, ohne die Grenzwerte für den Cadmium-Gehalt zu überschreiten. Die Menge der eingebrachten Partikel hoher Dichte 32 ist dabei nur prozesstechnisch begrenzt, da eine zu hohe
Konzentration das Material zu viskos zum Gießen machen würde.
Wird das Aluminiumoxid in dem obigen Beispiel durch einen Granat, beispielsweise undotiertes LuAG mit einer
spezifischen Dichte von 6,7 g/cm3 ersetzt, können 8 bis 15 % mehr Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 eingebracht und damit die Effizienz entsprechend gesteigert werden.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Leuchtstoffmischung 1. Im Vergleich zu der
Leuchtstoffmischung 1, wie sie in Figur 1 gezeigt wurde, sind die streuenden Partikel 31 durch streuende, konvertierende Partikel 33 ersetzt, die als Funktionsmaterial zusammen mit dem Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 in der Matrix 50 vorliegen. Diese Partikel 33 weisen im Wesentlichen die gleichen
Eigenschaften bezüglich Partikel-Durchmesser und Gehalt in der Leuchtstoffmischung 1 auf, wie die streuenden Partikel 31, mit dem Unterschied, dass sie zusätzlich Wellenlängen konvertierende Eigenschaften aufweisen. Beispiele solcher Partikel 33 sind LuAG und LuAGaG. Somit führen auch die streuenden konvertierenden Partikel 33 zu erhöhter Effizienz, wie es bereits in Bezug auf die streuenden Partikel 31 erläutert wurde. Bei den streuenden, konvertierenden
Partikeln 33 handelt es sich um feinkörnige
Leuchtstoffpartikel mit Durchmessern von 0,5 bis 5 ym, die im Gegensatz zu Leuchtstoffen, die normalerweise mit einer
Korngröße von über 15 ym eingesetzt werden, in die
Leuchtstoffmischung 1 eingebracht wird.
Die Beispiele der Figuren 1 bis 3 können auch kombiniert in einer Leuchtstoffmischung 1 vorliegen (hier nicht gezeigt) . Das heißt, es kann neben dem Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 Funktionsmaterial in der Leuchtstoffmischung 1 vorhanden sein, das streuende Partikel 31, Partikel hoher Dichte 32 sowie streuende, konvertierende Partikel 33 umfasst. Auch Kombinationen aus streuenden Partikeln 31 und Partikeln hoher Dichte 32, streuenden Partikeln 31 und streuenden,
konvertierenden Partikeln 33 sowie Partikeln hoher Dichte 32 und streuenden, konvertierenden Partikeln 33 als
Funktionsmaterial sind denkbar.
In Figur 4 ist in schematischer Seitenansicht eine
Leuchtstoffmischung 1 gezeigt, die neben dem Quantenpunkt- Leuchtstoff 20 und dem Funktionsmaterial (hier sind
beispielhaft streuende Partikel 31 gezeigt) noch zumindest einen weiteren Leuchtstoff 40 enthält. Dieser kann
beispielsweise rot emittierend oder grün emittierend
ausgebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel liegen die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20, das Funktionsmaterial und der weitere Leuchtstoff 40 gemischt in Partikelform in der Matrix 50 vor. Um die Effizienz des Quantenpunkt-Leuchtstoffs 20 weiter zu erhöhen, kann als weiterer Leuchtstoff 40 ein besonders schwerer, also dichter Leuchtstoff 40 verwendet werden. Dazu eignet sich beispielsweise LuAGaG mit einer spezifischen Dichte von etwa 7 g/cm3 anstelle von LuAG mit einer spezifischen von 6,7 g/cm3. Der Anteil des weiteren Leuchtstoffs 40 in der Leuchtstoffmischung 1 beträgt zwischen 20 und 30 Gew% .
Die Leuchtstoffmischung 1 kann in Konversionselementen verwendet werden, die als Konversionsplättchen oder auch als Verguss in optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden können. In der Leuchtstoffmischung 1 können beispielsweise ein oder mehrere Grünleuchtstoffe mit einem oder mehreren Rotleuchtstoffen als weitere Leuchtstoffe 40 sowie rote
Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 oder grüne Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 zusammen mit Funktionsmaterial in einer Matrix 50 kombiniert vorliegen.
Figur 5 zeigt in schematischer Schnittansicht ein
optoelektronisches Bauelement mit einem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip 60, der bevorzugt ein Leuchtdiodenchip ist und Strahlung eines Anregungsspektrums eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert. Der
Halbleiterchip 60 ist in der Ausnehmung eines
Bauelementgehäuses 70 angeordnet. Die Ausnehmung des Gehäuses 70 ist weiterhin mit einer Leuchtstoffmischung 1 befüllt, die als Verguss für den Halbleiterchip 60 ausgebildet ist. Die Leuchtstoffmischung 1 kann wie bezüglich der Figuren 1 bis 4 beschrieben zusammengesetzt sein. Das Bauelement sendet warm weiße elektromagnetische Strahlung aus, die sich aus
konvertierter Strahlung der Leuchtstoffmischung 1 und unkonvertierter Strahlung des Halbleiterchips 60 zusammensetzt .
Figur 6 zeigt in schematischer Schnittansicht eine
alternative Ausführungsform des Halbleiterbauelements. Hier sind Halbleiterchips 60 auf einem Substrat 90, das eine
Leiterplatte sein kann, angeordnet. Die Halbleiterchips 60 sind von einem Rahmen 80 umgeben. Der Rahmen 80 ist
aufgefüllt mit einer Leuchtstoffmischung 1, die wieder gemäß einem der Beispiele, wie bezüglich Figur 1 bis 4 beschrieben, zusammengesetzt sein kann.
Figur 7 zeigt in schematischer Schnittansicht wieder ein optoelektronisches Bauelement wie schon bezüglich Figur 5 beschrieben. Hier weist die Leuchtstoffmischung 1 zwei
Bereiche auf, wobei in dem unteren Bereich, der angrenzend an den Halbleiterchip 60 angeordnet ist, die Quantenpunkt- Leuchtstoffe 20 sowie ein weiterer Leuchtstoff 40 in einer Matrix 50 eingebettet sind. In dem daran angrenzenden Bereich der Leuchtstoffmischung 1, der nicht direkt an den
Halbleiterchip 60 angrenzt, sind als Funktionsmaterial streuende Partikel 31 angeordnet. In der Leuchtstoffmischung 1 ist somit eine räumliche Trennung von streuenden
Materialien, in diesem Fall die streuenden Partikel 31, und der LeuchtstoffSchicht, die die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 und den weiteren Leuchtstoff 40 enthält, in der
Leuchtstoffmischung 1 vorhanden. Der Bereich, der die
streuenden Partikel 31 enthält, kann leichter vergossen werden, da nur die streuenden Partikel 31 zum Feststoffgehalt beitragen. Somit ist auch eine höhere Konzentration der streuenden Partikel 31 in diesem Bereich möglich. Zusätzlich oder alternativ können in dem Bereich, der hier die
streuenden Partikel 31 enthält, auch Partikel hoher Dichte 32 vorhanden sein und/oder in dem Bereich, der die Quantenpunkt- Leuchtstoffe 20 enthält streuende, konvertierende Partikel 33 vorhanden sein (hier nicht gezeigt) .
Figur 8 zeigt in schematischer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements. Hier sind angrenzend an den Halbleiterchip 60 ein Bereich der
Leuchtstoffmischung 1 angeordnet, der Leuchtstoffe 40, beispielsweise grüne Leuchtstoffe, eingebettet in einer
Matrix 50, enthält. Weiter entfernt von dem Halbleiterchip 60 ist der Bereich der Leuchtstoffmischung 1 platziert, der die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 und gegebenenfalls weitere
Funktionsmaterialien, hier bespielhaft streuende Partikel 31, enthält. In diesem Beispiel findet somit eine räumliche
Trennung von Leuchtstoffen 40 und Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 statt. Die von dem Halbleiterchip 60 emittierte blaue Strahlung muss somit zuerst die Leuchtstoffe 40 passieren bevor sie auf die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 trifft. Damit wird die Flussdichte des blauen Lichts an den Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 herabgesetzt, was die Effizienz der
Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 erhöht. In dem die Leuchtstoffe 40 enthaltenden Bereich können auch streuende, konvertierende Partikel 33 angeordnet sein (hier nicht gezeigt) .
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 2017 129 917.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 Leuchtstoffmischung
20 Quantenpunkt-Leuchtstoff
31 streuende Partikel
32 Partikel hoher Dichte
33 streuende, konvertierende Partikel 40 Leuchtstoff
50 Matrix
60 Halbleiterchip
70 Gehäuse
80 Rahmen
90 Substrat

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoffmischung (1) umfassend
zumindest einen Quantenpunkt-Leuchtstoff (20) und zumindest ein Funktionsmaterial, wobei das Funktionsmaterial streuend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet ist und
streuende Partikel (31) umfasst, die einen Durchmesser aufweisen, der aus dem Bereich 0,5 ym bis 5 ym ausgewählt ist, und/oder das Funktionsmaterial eine hohe Dichte aufweist und Partikel mit hoher Dichte (32) umfasst, die einen
Durchmesser von größer oder gleich 5 ym aufweisen.
2. Leuchtstoffmischung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Funktionsmaterial ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Aluminiumoxid,
Titandioxid, Oxiden der seltenen Erden, Granaten und Gläsern besteht .
3. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die streuenden Partikel (31) einen Anteil in der Leuchtstoffmischung (1) aufweisen, die aus dem Bereich 1 bis 5 Gew% ausgewählt ist.
4. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Funktionsmaterial Partikel mit hoher Dichte (32) umfasst, die eine Dichte aufweisen, die größer oder gleich 2 g/cm3 ist.
5. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei die Partikel mit hoher Dichte (32) einen Anteil in der Leuchtstoffmischung (1) von weniger oder gleich 50 Gew% aufweisen .
6. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Funktionsmaterial streuende Partikel (33) umfasst, die elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs zumindest teilweise in
elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs konvertieren .
7. Leuchtstoffmischung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die elektromagnetische Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs aus dem roten und/oder aus dem grünen Spektralbereich ausgewählt ist.
8. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff (20) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus CdSe, CdS,
CdTe, InP, InAs, C1(Z)S, AIS, Zn3N2, Si, ZnSe, ZnO und GaN besteht .
9. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, aufweisend zumindest einen weiteren Leuchtstoff (40) .
10. Leuchtstoffmischung (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der zumindest eine weitere Leuchtstoff (40) mit einem Anteil von 20 bis 30 Gew% in der Leuchtstoffmischung (1) vorhanden ist.
11. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff (20) und das Funktionsmaterial als Mischung von Partikeln vorliegen, die in einer Matrix (50) eingebettet sind.
12. Leuchtstoffmischung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff (20) und das Funktionsmaterial in zwei voneinander verschiedenen, aneinander angrenzenden Bereichen als Partikel in einer
Matrix (50) angeordnet sind.
13. Leuchtstoffmischung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der den Quantenpunkt-Leuchtstoff (20) umfassende
Bereich frei von weiteren Leuchtstoffen (40) ist.
14. Konversionselement aufweisend eine Leuchtstoffmischung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Optoelektronisches Bauelement umfassend
- mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (60), der elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs emittiert,
- eine Leuchtstoffmischung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
16. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Leuchtstoffmischung (1) in einem auf dem Halbleiterchip (60) angeordneten Konversionselement vorhanden ist .
17. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 15, wobei die Leuchtstoffmischung (1) als Verguss über dem Halbleiterchip (60) angeordnet ist.
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