WO2021204650A1 - Strahlungsemittierendes bauelement, lichtquelle und display-vorrichtung - Google Patents

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WO2021204650A1
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phosphor
radiation
emitting component
electromagnetic radiation
wavelength range
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PCT/EP2021/058570
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Dominik BAUMANN
Markus SEIBALD
Stefan Lange
Frank Jermann
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body

Definitions

  • a radiation-emitting component, a light source and a display device are specified.
  • a radiation-emitting component is specified. This has a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range in the blue spectral range.
  • the radiation-emitting component is thus a component that emits electromagnetic radiation during operation.
  • the radiation-emitting component is a light-emitting diode (LED).
  • the semiconductor chip can comprise an active layer sequence which contains an active region which, when the component is in operation, can generate the electromagnetic radiation of the first wavelength range, also called primary radiation.
  • the semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • the primary radiation that is generated in the semiconductor chip can pass through a radiation exit area of the semiconductor chip be emitted.
  • the primary radiation can form a beam path or follow a beam path.
  • Blue spectral range is to be understood here and below as visible light, in particular in the wavelength range from 430 nm up to and including 500 nm.
  • electromagnétique radiation of a first wavelength range in the blue spectral range and “blue light” are synonymous here and below used.
  • the radiation-emitting component furthermore comprises a conversion element.
  • a conversion element is to be understood here and below as a component that at least partially converts the primary radiation emitted by the semiconductor chip into secondary radiation when the component is in operation. This process is also known as radiation conversion or conversion.
  • the secondary radiation differs from the primary radiation at least partially and can in particular be longer-wave than the primary radiation.
  • the conversion element is arranged in particular in the beam path of the primary radiation in such a way that at least part of the primary radiation strikes the conversion element.
  • the conversion element comprises a first phosphor which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second
  • That Conversion element thus at least partially converts the primary radiation into secondary radiation which comprises wavelengths in the green spectral range.
  • Green spectral range is to be understood here and below as visible light, in particular in the wavelength range from 490 nm up to and including 590 nm, in particular greater than 500 nm up to and including 590 nm.
  • electromagnetic radiation of a second wavelength range in the green spectral range and “ green light” are used synonymously here and in the following.
  • the conversion element furthermore has a second phosphor which converts at least electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range.
  • Red spectral range is to be understood here and below as visible light, in particular in the wavelength range from 590 nm up to and including 700 nm, in particular greater than 590 nm up to and including 700 nm.
  • electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range and “ red light” are used synonymously here and in the following.
  • the radiation-emitting component can thus emit mixed light, which is composed of light of the first, second and third wavelength ranges.
  • the mixed light is, in particular, white light.
  • the second phosphor has an excitation spectrum which comprises a maximum which is between 430 nm and 550 nm inclusive.
  • the second phosphor thus has an absorption maximum or an absorption band in the blue spectral range and is therefore well suited for use in a radiation-emitting component with blue light as the primary radiation.
  • the second phosphor can have further maxima in its excitation spectrum, for example in the near UV range, for example in the range between 320 nm and 420 nm inclusive.
  • a radiation-emitting component is specified with
  • a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range in the blue spectral range
  • a conversion element that has a first phosphor that converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range in the green spectral range, and that has a second phosphor that converts at least electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range converts, wherein the second phosphor has an excitation spectrum which comprises a maximum which is between 430 nm and 550 nm inclusive.
  • a blue light-emitting semiconductor chip is thus combined with a green light-emitting first phosphor and a red light-emitting second phosphor.
  • the second luminescent material has long-wave absorption and excitability. In this way, for example, blue-green and / or cyan-colored light of the primary radiation can be absorbed in a targeted manner.
  • the second phosphor emits red light with high spectral efficiency (LER).
  • a targeted absorption of blue-green and / or cyan-colored light with a simultaneously high LER can be used, for example, in a light source that is used to increase melatonin production in the body.
  • light sources In addition to their lighting function, light sources also interact with the human body. A targeted optimization of the emission spectrum of a light source can improve the physiological effect of light on people. For example, a light source can control the day-night rhythm, in particular by influencing melatonin production. A high proportion of blue-green and / or cyan-colored light in the spectrum of a light source leads to reduced melatonin production, which leads to increased activity in the body. On the other hand, a small proportion of blue-green and / or cyan-colored light in the spectrum of a light source leads to increased melatonin production, which leads to reduced activity.
  • a radiation-emitting component with a low proportion of blue-green and / or cyan-colored light, in particular with a spectral gap in the blue-green and / or cyan-colored range, with a high LER with good color rendering at the same time can thus be used in particular as a light source in the evening hours to provide a Avoid disturbing the day / night rhythm.
  • the MDEF (“melanopic daylight-equivalent efficiency factor of luminous radiation”) can be used to describe the proportion of blue-green or cyan-colored light in the emission spectrum of a radiation-emitting component Radiation-emitting components with a high MDEF, i.e. a high blue-green and / or cyan-colored component in the spectrum, lead to increased activity, radiation-emitting components with a low MDEF, i.e. a low blue-green and / or cyan-colored component in the spectrum, lead to reduced activity.
  • CCT color temperature
  • color filters ensure that the white light emitted by a radiation-emitting component, for example an LED, is separated into the colors red, green and blue for the respective pixels or color channels.
  • a radiation-emitting component for example an LED
  • the size of the color space that a display can cover therefore depends on the emission spectrum, in particular the white light spectrum of the display backlighting.
  • There are various standardized color space definitions, which are each defined by primary coordinates for the corners “blue”, “green” and “red”, in particular by their coordinates in the CIE xy color space or CIE u'v 'color space sRGB, NTSC, AdobeRGB, DCI P3 and rec2020 are high color saturation of the corner points and a wide range of maximum displayable colors.
  • DCI P3 in particular is a technically important standard that is widely used in the field of high-quality displays.
  • the emission maxima of the first and second luminescent material are optimized in such a way that, in combination with the absorption or transmittance curves of color filters in a display device, a high color space coverage with an increased LER compared to conventional display devices can be achieved.
  • the second phosphor has an emission spectrum with an emission maximum which has a half width between 1 nm and 10 nm inclusive, in particular between 1 nm and 5 nm inclusive.
  • the emission spectrum of the second phosphor can have a multiplicity of emission peaks, the peak with the highest intensity being referred to as the emission maximum.
  • the emission spectrum of the second phosphor has a plurality of emission peaks, at least one emission peak having a half width between 1 nm and 10 nm inclusive, in particular between 1 nm and 5 nm inclusive. Because of the small half-width of the emission maximum, this is a narrow-band emission of the second phosphor, which can also be referred to as line emission.
  • the measured half width of the emission maximum can also depend on the resolution and accuracy of the measurement method used.
  • a narrow-band emission contributes in particular to an emission of red light with high spectral efficiency (LER).
  • the excitation spectrum of the second phosphor has a maximum in the range between 470 nm and 510 nm inclusive.
  • the second luminescent material thus has long-wave absorption and excitability and can therefore be used effectively to provide a radiation-emitting component with a greatly reduced MDEF with high color temperature, color quality and spectral efficiency at the same time.
  • a second phosphor is also well suited for radiation-emitting components that are used as display backlighting.
  • the emission maximum of the second phosphor is in the range between 620 nm and 635 nm inclusive, in particular between 625 nm and 633 nm inclusive.
  • the emission maximum is 628 nm Connection with the long-wave absorption and excitability and the low half-width of the emission maximum.
  • the second phosphor in particular during operation of the component, at least partially converts electromagnetic radiation of the second wavelength range into electromagnetic radiation of the third wavelength range.
  • the second phosphor absorbs wavelengths in the blue-green and / or cyan-colored range of the second wavelength range. The blue-green or cyan-colored portion of the light emitted by the radiation-emitting component is thus reduced even further.
  • the second phosphor has the general formula A z E e X 6 : RE, where
  • - A is selected from the group of divalent elements
  • - E is selected from the group of tetravalent elements
  • - X is selected from the group of monovalent elements
  • - RE is selected from activator elements
  • the elements contained in the sum formula A z E e X 6 : RE are available in loaded form, even if this is not explicitly stated. Furthermore, the empirical formula A z E e X 6 : RE can contain further elements, for example in the form of impurities. Taken together, these impurities have a maximum of 5 mol%, in particular a maximum of 1 per thousand, for example a maximum of 100 ppm (parts per million), preferably a maximum of 10 ppm.
  • valence in relation to a specific element means here how many elements with a simple opposite charge are required in a chemical compound in order to achieve a charge equalization achieve. Thus, the term “valence” includes the charge number of the element.
  • the second phosphor according to the empirical formula A z E e X 6 : RE can be present uncharged to the outside or formally, to a small extent, not have a complete charge balance.
  • the light yield or the visual usefulness of the present second phosphor with the empirical formula A z E e X 6 : RE is due to its low spectral Half width as well as the short-wave shifted emission increased.
  • the present phosphor also has a high spectral efficiency or a photometric radiation equivalent (LER).
  • the second phosphor has an LER of greater than 190 lmW ⁇ 1 .
  • the LER of the second phosphor is greater than 202.7 lmW -1 .
  • A is selected from Ca, Sr, Ba, Zn, Mg or combinations thereof. According to at least one embodiment, A comprises or consists of Ca, Sr or Zn. According to at least one embodiment, E is selected from Hf, Ti, Zr, Pb or combinations thereof.
  • E consists of Hf, Ti or Zr.
  • X is selected from F, CI, Br, I or combinations thereof.
  • X comprises or consists of F.
  • RE is selected from Mn, Cr, Ni or combinations thereof.
  • RE comprises Mn or consists from it.
  • the activator elements RE are preferably tetravalent elements, that is to say four times positively charged.
  • the second phosphor is selected from CaHfF 6 : Mn, CaZrF 6 : Mn, SrTiF 6 : Mn, ZnHfF 6 : Mn and combinations thereof. These materials have an efficiency advantage and at the same time an improved color rendering compared to conventional red-emitting phosphors.
  • the emission maximum of the phosphors CaZrF 6 : Mn and CaHfF 6 : Mn at a wavelength ⁇ max is approximately 628.3 nm.
  • the emission maximum of the phosphor SrTiF 6 : Mn at a wavelength ⁇ max is approximately 628.4 nm the emission maximum of the phosphor ZnHfF 6 : Mn at a wavelength ⁇ max is about 632.7 nm.
  • the spectral efficiency of the phosphor CaZrF 6 : Mn is about 222.2 lmW -1 .
  • the spectral efficiency of the phosphor SrTiF 6 : Mn is around 190.7 lmW -1.
  • the spectral efficiency of the phosphor ZnHfF 6 : Mn is around 194.9 lmW -1 .
  • the second phosphor can have a dominant wavelength ( ⁇ dom) which is between 610 nm and 618 nm inclusive.
  • the dominant wavelength is the wavelength of monochromatic light, which produces a similar perception of color tone as the polychromatic light mixture to be described. In general, the dominant wavelength deviates from the emission maximum.
  • the dominant wavelength of the second phosphor after excitation with a primary radiation in the blue spectral range is between 610 nm and 618 nm inclusive.
  • the dominant wavelength of the second is preferably Phosphor is between 612.7 nm and 617.7 nm
  • the dominant wavelength of the second phosphor CaZrF 6 is:.
  • the dominant wavelength of the second phosphor CaHfF 6 at a wavelength ⁇ dom at about 615.4 nm for example is:. Mn at a Wavelength ⁇ dom at approximately 617.2 nm.
  • the dominant wavelength of the second phosphor SrTiF 6: Mn at a wavelength ⁇ dom is approximately 612.7 nm.
  • the dominant wavelength of the second phosphor ZnHfF 6 Mn at a wavelength ⁇ dom about 617.7 nm.
  • a second phosphor with the general formula A z E e X 6 : RE can be made by a process comprising the following steps:
  • the starting materials can be selected from a group comprising halides, carbonates, sulfides, oxides, oxalates, imides, permanganates, nitrates, nitrites, sulfates, sulfites, hydrogen sulfates, disulfates, thiosulfates, cyanides, cyanates, thiocyanates, acetates, carboxylic acid derivatives , ternary compounds, in particular ammonium compounds, and amides each of A, E, X and RE and combinations thereof.
  • the starting materials are preferably selected from a group comprising halides, carbonates, sulfides, oxides, oxalates, imides and amides of A, E, X and RE and combinations thereof. Furthermore, the starting materials can be selected from a group comprising AX 2 , EO 2 , ES 2 , EOX 2 , ACO 3 and REX 2 and combinations thereof.
  • the oxides, halides, sulfides and carbonates can be obtained from organic precursor compounds which form the starting materials in situ. For example, the oxides can be obtained via the decarboxylation of oxalates or from carbonates.
  • the starting materials can be selected from a group comprising calcium fluoride, hafnium (IV) oxide, manganese (II) chloride tetrahydrate, zinc chloride, strontium carbonate, titanium (IV) sulfide, zirconyl chloride octahydrate and combinations thereof.
  • elementary X 2 can be used as a starting material for component X.
  • the reaction mixture can be heated to a maximum temperature of at most 1000.degree. C., in particular to a maximum temperature of at most 650.degree. C., preferably to a maximum temperature of at most 450.degree.
  • the heating can take place in an F 2 stream.
  • up to 100% by volume of F 2 is passed through the reaction mixture during the heating.
  • the stream has F 2 and an inert gas.
  • up to 10% by volume of F 2 in an inert gas is preferably passed through the reaction mixture.
  • the inert gas is He, Ne, Kr, Ar, Xe, N 2 or SF 6 .
  • the heating in the process can be a dry, high temperature process. This means that no additional solvents or acids are added during the heating. The potential danger from adding an acid, in particular a hydrofluoric acid solution, is consequently avoided.
  • the starting materials can be homogenized.
  • the resulting reaction mixture from the educts can then be placed in a crucible, for example in a corundum ship, and placed in a furnace, in particular in a tubular furnace, through which up to 100% by volume of F 2 is passed.
  • the method can comprise a step-by-step heating of the reaction mixture.
  • Gradual heating means that the reaction mixture is heated to at least one intermediate temperature with at least one heating rate and the reaction mixture is held at an intermediate temperature with a holding time before the maximum temperature is reached.
  • the intermediate temperature is in particular lower than the maximum temperature.
  • the step-by-step heating has two heating rates, which can be the same or different from one another.
  • the intermediate temperature is, for example, between 50 ° C. and 400 ° C. inclusive.
  • the holding time is, for example, between one hour and 14 days inclusive.
  • the heating rate is, for example, between 0.05 ° C. per minute and 5 ° C. per minute.
  • the heating can furthermore comprise at least one cooling step. The cooling step takes place in particular after a heating rate.
  • the reaction mixture is cooled to a minimum temperature in the furnace.
  • the minimum temperature is in particular between 20 ° C. and 50 ° C. inclusive.
  • the reaction mixture is preferably mixed and then heated again.
  • the semiconductor chip has an emission spectrum with a dominant wavelength l ⁇ oih that is less than or equal to 460 nm, in particular less than or equal to 455 nm.
  • a short-wave, blue light-emitting semiconductor chip is thus used in the radiation-emitting component.
  • l ⁇ ih of 455 nm or less, this has a peak wavelength of 450 nm or less and thus does not itself make a significant contribution to the emission in the blue-green and / or cyan-colored range.
  • the first phosphor has an excitation spectrum which at least partially overlaps with the emission spectrum of the semiconductor chip.
  • the first phosphor has an excitation spectrum which has a maximum in the range between 445 nm and 455 nm inclusive, in particular between 448 nm and 450 nm inclusive.
  • the first phosphor can thus be excited particularly well with a semiconductor chip whose emission spectrum has a dominant wavelength dom of 460 nm or less, particularly 455 nm or less.
  • Such a first phosphor can be used particularly well in a radiation-emitting component that is used in a light source that is used to increase melatonin production in the body.
  • the first phosphor has an emission spectrum in the range from 500 nm to 580 nm.
  • the emission spectrum of the first phosphor has a peak wavelength which is opposite to the peak wavelength of a green light-emitting ⁇ -sialon, i.e. an oxynitride with a ⁇ -Si 3 N 4 crystal structure, in which Eu is contained in the form of a solid solution, and which can be expressed by the formula Si 6-k Al k O k N 8 _ k : Eu with k> 0.45, is shifted in the direction of shorter wavelengths.
  • a green light-emitting ⁇ -sialon i.e. an oxynitride with a ⁇ -Si 3 N 4 crystal structure
  • Eu is contained in the form of a solid solution
  • Si 6-k Al k O k N 8 _ k Eu with k> 0.45
  • the color point of the filtered green color channel can be shifted in the direction of a lower dominant wavelength, that is to say a less yellowish green. It should be noted that crosstalk of the
  • phosphor emission from one color channel into an adjacent color channel should not take place.
  • a green light-emitting phosphor that is spectrally too broad or shifted too strongly in the direction of short-wave emission can provide emission contributions in the emission spectrum of the radiation-emitting component, which in the The transmission range of the blue color channel. This allows the color location of the blue color channel to be shifted in the direction of cyan, which in turn reduces the total range of colors that can be displayed.
  • this effect does not occur in combination with the above-described second phosphor, which has an absorption maximum between 430 nm and 550 nm inclusive, in particular between 470 nm and 510 nm inclusive, preferably between 475 nm and 505 nm. Rather, an increased color space coverage is achieved with it.
  • an emission peak of the emission spectrum of the first phosphor has a half width of less than or equal to 50 nm, in particular less than or equal to 45 nm.
  • the first phosphor is thus a narrow-band emitting phosphor. This can be used particularly well when the radiation-emitting component is used as a display backlight.
  • the first phosphor is selected from garnets, ⁇ -sialons, orthosilicates and combinations thereof.
  • the first phosphor has or consists of at least one garnet.
  • (Y, Lu) 3 Al 5 O 12 : Ce is selected as the first phosphor, the excitation maximum of which is approximately 448 nm to 450 nm in the range of peak wavelengths of 450 nm or less of a short-wave blue-emitting semiconductor chip.
  • the use of Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce as the first phosphor is also conceivable.
  • compositions of the general type (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Al, Ga, Sc) 5 O 12 : Ce conceivable, provided that the element composition is chosen so that the primary radiation emitted by the semiconductor chip is absorbed particularly well.
  • Such first phosphors can be used particularly well in radiation-emitting components that are used as light sources with reduced MDEF.
  • the first phosphor has or consists of a ⁇ -sialon.
  • This is in particular a modified ß-sialon, i.e. an oxynitride with a ß-Si 3 N 4 crystal structure, in which Eu is contained in the form of a solid solution, using the formula Si 6-k Al k O k N 8 -k : Eu can be expressed with 0 ⁇ k 0.45, preferably 0.001 k 0.40 (particularly preferably 0.002 k 0.35).
  • a first luminescent material can have a short-wave shifted emission compared to conventional ⁇ -sialons in which k> 0.45.
  • the modification can take place, for example, by changing the O / N or Si / Al ratio in the ⁇ -sialon.
  • Such first phosphors can be used particularly well in radiation-emitting components that are used as display backlighting in display devices.
  • the conversion element is applied in direct contact on a radiation exit area of the semiconductor chip.
  • the conversion element is applied to the radiation exit area of the semiconductor chip with the aid of an adhesive layer.
  • the conversion element also contains a matrix material.
  • the matrix material can be selected from glass such as silicate, water glass or quartz glass, or polymers such as polystyrene, polysiloxane, polysilazane, PMMA, polycarbonate, polyacrylate, polytetrafluoroethylene, polyvinyl, silicone resin, silicone or epoxy resin or combinations thereof.
  • the semiconductor chip and the conversion element are arranged in the recess of a housing. In accordance with at least one further embodiment, the semiconductor chip and / or the conversion element are at least partially surrounded by an encapsulation.
  • the conversion element is part of a potting that surrounds the semiconductor chip, or the conversion element forms the potting that surrounds the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is in particular embedded in the conversion element and at least partially surrounded by the conversion element.
  • the potting is arranged in the recess of the housing.
  • the semiconductor chip and the conversion element are arranged in a recess of a housing, the recess of the housing being filled with an encapsulation that at least partially surrounds the semiconductor chip and the conversion element being arranged on the side of the encapsulation facing away from the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is arranged in the recess of a housing, wherein the The recess of the housing is filled with a potting compound that at least partially surrounds the semiconductor chip and the conversion element is arranged on the side of the potting compound facing away from the semiconductor chip outside the recess of the housing.
  • Particles such as, for example, further phosphors or scattering particles can optionally be embedded within the encapsulation.
  • the recess in the housing between the semiconductor chip and the conversion element is free from encapsulation and / or further layers or components.
  • the potting has a permeability for electromagnetic radiation, in particular the primary radiation, of at least 85%, in particular of at least 95%.
  • the encapsulation comprises a material which is selected from materials as specified for the matrix material.
  • a light source having a first radiation-emitting component is also specified.
  • the radiation-emitting component according to the above-mentioned embodiments is preferably suitable and provided for use in a light source described here.
  • Features and embodiments that are only listed in connection with the radiation-emitting component also apply to the light source and vice versa.
  • the first radiation-emitting component contains the light source a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range in the blue spectral range, and
  • a conversion element which has a first luminescent material which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range in the green spectral range, and which has a second luminescent material which at least electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range converts, wherein the second phosphor has an excitation spectrum which comprises a maximum which is between 430 nm and 550 nm inclusive, in particular between 470 nm and 510 nm inclusive.
  • the properties with regard to the first radiation-emitting component have already been disclosed with regard to the radiation-emitting component and also apply to the radiation-emitting component that is contained in the light source.
  • the light source is therefore particularly well suited for lighting in the evening hours, since it has a greatly reduced MDEF with, at the same time, unchanged color temperature, high color quality and very high spectral efficiency.
  • the second phosphor has an emission spectrum with an emission maximum which has a half width between 1 nm and 10 nm inclusive, in particular between 1 nm and 5 nm inclusive.
  • the first phosphor is selected from (Y, Lu) 3Al5012: Ce, Y3 (Al, Ga) 5012: Ce and combinations thereof. These first phosphors can be excited particularly well with short-wave blue-emitting semiconductor chips, in particular in the range of 448 nm to 450 nm.
  • the light source furthermore has a second radiation-emitting component which has
  • a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range in the blue spectral range
  • a conversion element which has a third phosphor which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range in the green spectral range, and which has a fourth phosphor which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range wherein the fourth phosphor has an excitation spectrum which includes a maximum which is at shorter wavelengths than the maximum of the excitation spectrum of the second phosphor.
  • the second radiation-emitting component has the same semiconductor chip as the first radiation-emitting component described above with a greatly reduced MDEF.
  • the third phosphor can be the same phosphor as the first phosphor.
  • the fourth phosphor can be KSF, for example.
  • the first and the second radiation-emitting component can be controlled independently of one another.
  • the desired MDEF can be set continuously within a light source without changing the white point or color temperature or color rendering index of the emitted radiation.
  • a display device having a radiation-emitting component is also specified.
  • the radiation-emitting component according to the above-mentioned embodiments is preferably suitable and provided for use in a display device described here.
  • Features and embodiments that are only listed in connection with the radiation-emitting component also apply to the display device and vice versa.
  • the display device has a radiation-emitting component
  • a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range in the blue spectral range
  • a conversion element which has a first luminescent material, which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation converts second wavelength range in the green spectral range, and which has a second phosphor which converts at least electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range, wherein the second phosphor has an excitation spectrum that includes a maximum between 430 nm and 550 nm inclusive, in particular between 470 nm and 510 nm inclusive, further comprising at least one color filter.
  • the radiation-emitting component thus serves as a display backlight, the light emitted by the radiation-emitting component being separated into different color channels, in particular a green color channel, a red color channel and a blue color channel, per pixel by means of color filters.
  • the present second phosphor in the conversion element of the radiation-emitting component serves as an additional filter for the light with wavelengths in the blue-green and / or cyan-colored range, so that crosstalk between the color channels is reduced or avoided and at the same time a large color space is achieved.
  • the second phosphor has an emission spectrum with an emission maximum which has a half width between 1 nm and 10 nm inclusive, in particular between 1 nm and 5 nm inclusive.
  • FIG. 1 shows, in a schematic sectional view, a radiation-emitting component according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a plot of the melanopic effect function alone (FIG. 2a) and in comparison with the absorption spectrum of a second phosphor according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 shows simulated emission spectra of radiation-emitting components with conversion elements according to exemplary embodiments and comparative examples in comparison with the melanopic effect function.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a display device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5 shows a simulation of the dependency of the achieved color space overlap of a radiation-emitting component according to a comparative example on the peak wavelength of the ⁇ -sialon emission.
  • FIG. 6 shows a simulation of the dependency of the achieved color space overlap of a radiation-emitting component according to a comparative example (FIG. 6a) and according to an exemplary embodiment (FIGS. 6a and 6b) on the peak wavelength of the ⁇ -sialon emission.
  • FIG. 7 shows the spectral efficiency of a radiation-emitting component in accordance with an exemplary embodiment and in accordance with a comparative example as a function of the peak wavelength of the ⁇ -sialon emission.
  • FIG. 8 shows a simulated emission spectrum of a radiation-emitting component according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a radiation-emitting component 100 according to an exemplary embodiment.
  • the radiation-emitting component 100 contains a housing 30 which has a recess in which a semiconductor chip 10 and a conversion element 20 on the semiconductor chip 10 are arranged.
  • a potting 40 which surrounds the semiconductor chip 10 and the conversion element 20, is also present in the depression.
  • the conversion element 20 is arranged in the beam path of the semiconductor chip 10, so that it can at least partially convert primary radiation emitted by the semiconductor chip 10 into secondary radiation.
  • the conversion element 20 is arranged directly on the semiconductor chip 10, but it can also at a distance from the semiconductor chip 10, for example on an adhesive layer (not shown here), or on the side of the potting 40 facing away from the semiconductor chip 10.
  • the conversion element 20 can also be part of the potting 40 or form the potting 40 (not shown here).
  • the semiconductor chip 10 is in particular an LED chip.
  • the semiconductor chip 10 emits electromagnetic radiation of a first wavelength range in the blue spectral range.
  • the radiation emitted by the semiconductor chip 10 has an emission spectrum with a dominant wavelength that is less than or equal to 460 nm, in particular less than or equal to 455 nm, or with a peak wavelength that is less than or equal to 450 nm.
  • the conversion element 20 contains a first phosphor that converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range in the green spectral range, and a second phosphor that converts at least electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range in the red spectral range.
  • the conversion element 20 can furthermore contain a matrix material in which the first and second luminescent material are embedded.
  • the first phosphor has an excitation maximum which is in the range of the first wavelength range.
  • the first phosphor is a modified garnet such as (Y, Lu) 3 Al 5 O 12 : Ce with an excitation maximum at 448 nm to 450 nm.
  • Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce which has a similar excitation maximum, is also possible.
  • Such a first luminescent substance is used in particular when the radiation-emitting component 100 is present in a light source which is intended to have a low melanopic effect on the human body.
  • the first luminescent material can also be a ⁇ -sialon, in particular a modified ⁇ -sialon that emits particularly short waves, for example a ⁇ -sialon with the formula Si 6-k Al k O k N 8-k : Eu, where 0 ⁇ k 0.45, preferably 0.001 k 0.40 (particularly preferably 0.002 k 0.35).
  • First phosphors from other material systems which emit in a particularly narrow band that is to say have a half width of less than 50 nm, in particular less than 45 nm, are also suitable. Such first phosphors can be used in particular if the radiation-emitting component 100 is used in a display device 200 as display backlighting, since they can be used to span the largest possible color space triangle of the filtered green color channel.
  • the second phosphor has an excitation spectrum which comprises a maximum which is between 430 nm and 550 nm inclusive, in particular between 470 nm and 510 nm inclusive. That is to say, it has long-wave absorption and excitability.
  • the second phosphor has an emission spectrum with an emission maximum which has a half width between 1 nm and 10 nm inclusive, in particular between 1 nm and 5 nm inclusive, that is, a low half width, especially a line issue.
  • the second phosphor thus shows a high LER.
  • the second phosphor is selected from CaHfF 6 : Mn, CaZrF 6 : Mn, SrTiF 6: Mn, ZnHfF 6 : Mn, for example the second phosphor is CaZrF 6 : Mn.
  • a stoichiometric composition of the starting materials calcium fluoride (780.8 mg, 10 mmol), zirconyl chloride octahydrate (3.144 g, 9.8 mmol) and manganese (II) chloride tetrahydrate (39.5 mg, 0.2 mmol) are in intimately mixed in an agate mortar and placed in a corundum ship.
  • This corundum ship is placed in a corundum tube which can be heated by a tube furnace and through which 10% by volume of F 2 in argon is passed.
  • the intermediate temperature is increased from 30 ° C. by 20 ° C. (0.33 ° C./min) and this intermediate temperature is kept constant for one hour.
  • the gradual increase in the intermediate temperature and the holding times are repeated until 370 ° C is reached.
  • the intermediate temperature is increased at 4 ° C / min to 400 ° C over a period of three days.
  • the reaction mixture is cooled to a minimum temperature of 30 ° C., ground in a glass carbon dish and placed in the oven again.
  • the oven is heated up again to 400 ° C. at a heating rate of 4 ° C./min and after two more days the intermediate temperature is increased at 4 ° C./min to a maximum temperature of 450 ° C. and this for another day Maintained maximum temperature.
  • the reaction mixture is then taken out of the oven, cooled and the second phosphor with the formula CaZrF 6 : Mn is obtained.
  • 0.05 mmol are intimately mixed in an agate mortar and placed in a corundum ship.
  • This corundum ship is placed in a corundum tube which can be heated by a tube furnace and through which 10% by volume of F 2 in argon is passed.
  • the intermediate temperature is increased from 30 ° C. by 20 ° C. (0.33 ° C./min) and this intermediate temperature is kept constant for one hour. The gradual increase in temperature and the holding times are repeated until 370 ° C is reached.
  • the reaction mixture is cooled to a minimum temperature of 30.degree. The reaction mixture is then taken out of the furnace and ground in a glass carbon dish and placed in the furnace again.
  • the oven is reheated to 400 ° C at a heating rate of 4 ° C / min and after five more days the reaction mixture is cooled to a minimum temperature of 30 ° C, ground in a mortar and heated to 450 ° C for a further 14 days at 450 ° C im Tempered fluorine stream.
  • the second phosphor with the formula CaHfF 6 : Mn is obtained.
  • reaction mixture After four days, the reaction mixture is cooled to a minimum temperature of 30 ° C., the reaction mixture is removed from the oven and placed in a
  • the oven is heated again at a heating rate of 4 ° C./min to 300 ° C. and the reaction mixture is reacted again for a further 10 days with a gas stream of 10 ml / min 5% by volume of F 2 in argon.
  • the second phosphor with the formula SrTiF 6: Mn is obtained.
  • a stoichiometric composition of the starting materials zinc chloride (135.1 mg, 1 mmol), hafnium (IV) oxide (200.5 mg, 0.95 mmol) and manganese (II) chloride tetrahydrate (11.8 mg, 0, 05 mmol) are intimately mixed in an agate mortar and placed in a corundum ship.
  • This corundum ship is placed in a corundum tube which can be heated by a tube furnace and through which 10% by volume of F 2 in argon is passed.
  • the intermediate temperature is increased from 30 ° C to 20 ° C (0.33 ° C / min) increased and this intermediate temperature is kept constant for one hour. The gradual increase in the intermediate temperature and the holding times are repeated until 370 ° C is reached.
  • the furnace After a holding time of two days, the furnace is cooled to a minimum temperature of 30 ° C., the reaction mixture is removed and ground in a glass carbon dish and placed in the furnace again.
  • the oven is reheated to 400 ° C. at a heating rate of 4 ° C./min and the reaction mixture is fluorinated for a further four days before it is again cooled to 30 ° C. and ground in a mortar.
  • the reaction mixture is placed again in the oven and heated at 4 ° C./min to a maximum temperature of 450 ° C. and the reaction mixture is tempered for a further four days in a stream of fluorine.
  • the second phosphor with the formula ZnHfF 6 : Mn is obtained.
  • FIG. 2a shows a plot of the melanopic action function s mel .
  • the wavelength ⁇ in nm is plotted against the intensity I in arbitrary units. If the melanopically effective portion of a radiation is to be evaluated, the overlap with the melanopic effect function s mel is considered.
  • FIG. 2b shows the melanopic action function s mel in comparison with the excitation spectrum A1 of CaZrF 6 : Mn.
  • the wavelength ⁇ in nm is plotted against the intensity I in arbitrary units.
  • the excitation spectrum A1 is measured at an emission wavelength of 628 nm.
  • a large overlap of the excitation spectrum Al and the melanopic effect function s mel can be seen, which is due to the pronounced absorption band of CaZrF 6 : Mn in the range around 490 nm.
  • CaZrF 6 becomes the second phosphor in one
  • radiation-emitting component 100 it efficiently absorbs spectral components in precisely the wavelength range that has a particularly large melanopic effect.
  • This area is the emitted radiation of the semiconductor chip 10, as well as the blue-green and / or cyan-colored portion of the radiation converted by the first phosphor.
  • the comparative fluorescent material KSF which also emits in the red spectral range, can be excited at wavelengths of approx. 450 nm, while the absorption in the range around 490 nm is low.
  • the phosphor KSF does not absorb the blue-green and / or cyan-colored components of the radiation emitted by the semiconductor chip 10 and the radiation emitted by the first phosphor, or only to a small extent.
  • a radiation-emitting component with such a red light-emitting comparative phosphor has a high proportion of radiation in the blue-green or cyan-colored spectral range and thus has a very large melanopic effect.
  • Such a radiation-emitting component with a second comparison phosphor can be combined with a radiation-emitting component 100 according to an exemplary embodiment in a light source. If the two components can be controlled independently of each other, the MDEF can be continuously adjusted without changing the color temperature or the color rendering index.
  • FIGS. 3a and 3b show simulated emission spectra of radiation-emitting components, which illustrate the properties mentioned even further.
  • the wavelength ⁇ is again in nm versus the intensity I. applied in arbitrary units.
  • the melanopic effect function s mel is plotted in both spectra in order to visualize the spectral differences in the relevant range from 450 nm to 550 nm.
  • FIG. 3a shows the simulated spectrum L1 / 4000K of an exemplary embodiment of a radiation-emitting component 100 with a semiconductor chip 10, the dominant wavelength ⁇ dom of which is 455 nm, and a conversion element 20 that contains Lu 3 Al 5 O 12 : Ce as the first phosphor and CaZrF 6 : Contains Mn as the second phosphor, at a color temperature CCT of 4000 K. Furthermore, the spectrum C / 4000K of a comparative example is shown, which instead of CaZrF 6 : Mn contains KSF as the second phosphor.
  • both the exemplary embodiment and the comparative example have a comparable color rendering index CRI of approximately 83 to 84, but the radiation-emitting component according to the exemplary embodiment has an increased R9 value of 81 compared to 25 in the comparative example. Furthermore, the radiation-emitting component according to the exemplary embodiment has a significantly reduced MDEF value of only 0.544 instead of 0.733 in the comparative example, which means a reduction by 26%. At the same time, the exemplary embodiment shows a higher LER value of 341 lm / W instead of 314 lm / W in the comparative example, which means an increase of 9%.
  • FIG. 3b shows the simulated spectrum L1 / 3000K of the exemplary embodiment as described with reference to FIG. 3a, but at a color temperature CCT of 3000 K. Furthermore the spectrum C / 3000K of the comparative example is shown, also at a color temperature of 3000 K.
  • the simulated spectra L1 / 3000K and C / 3000K can be taken from or calculated from the fact that the color rendering index CRI and the R9 value of the exemplary embodiment are higher than in the comparative example.
  • the radiation-emitting component 100 according to the exemplary embodiment has a significantly reduced MDEF value of only 0.423 instead of 0.581 in the comparative example, which means a reduction by 27%.
  • the exemplary embodiment shows a higher LER value of 344 lm / W instead of 318 lm / W in the comparative example, which means an increase of 8%.
  • Table 1 shows the results from FIGS. 3a and 3b again as an overview.
  • the first phosphor is named here as "G”
  • the second phosphor as "R”.
  • the dominant wavelength of the semiconductor chip 10 is referred to in the table as ⁇ dom (B).
  • the table also shows the values of the coordinates CIE x and CIE y.
  • FIG. 4 shows a sectional view of a display device 200 according to an exemplary embodiment.
  • the display device 200 contains a radiation-emitting component 100 as has already been described with reference to FIG.
  • the display device 200 further comprises color filters 50 which separate the white light emitted by the radiation-emitting component 100 into the color channels red, green and blue for the respective pixels of the display device 200.
  • the color channels are indicated by the dashed lines.
  • the radiation-emitting components used are semiconductor chips which emit blue light and which have conversion elements are combined, which contain ß-Sialon: Eu 2+ as a green light-emitting first phosphor and KSF as a red light-emitting second phosphor.
  • a crosstalk of the phosphor emission from one color channel into an adjacent color channel should not take place.
  • a first luminescent material that emits green light that is spectrally too broad or too strongly shifted in the direction of short-wave emission can provide emission contributions in the emission spectrum of the radiation-emitting component which lie in the transmission range of the blue color channel. This allows the color location of the blue color channel to be shifted in the direction of cyan, which in turn reduces the total range of colors that can be displayed.
  • FIG. 5a shows a simulation of the dependence of the achieved color space overlap 0 (DCI P3) (in%) of a radiation-emitting component according to a comparative example with the color space DCI P3 on the spectral shift S G in nm of the peak wavelength of ⁇ -sialon.
  • a blue light-emitting semiconductor chip 10 is combined with the phosphors ⁇ -sialon and KSF.
  • the emitted wavelength of the semiconductor chip 10, the KSF and the total color locus of the radiation-emitting component and the filter curves were kept constant in all cases.
  • FIG. 5b shows this relationship again as a function of the CIE coordinates CIE x and CIE y.
  • the color space DCI P3 is shown with a solid line.
  • the short-wave shift in the peak wavelength of the ß-sialon does not lead to a better representation of the green tones.
  • the color location of the filtered blue color channel shifts in the direction of cyan, so that blue tones can also be displayed less well.
  • a radiation-emitting component 100 that contains an above-described phosphor, for example CaZrF 6 : Mn, as the second phosphor, even increased color space coverage can be achieved with a short-wave shift S G of the peak wavelength of the first phosphor ß-sialon .
  • an above-described phosphor for example CaZrF 6 : Mn
  • FIG. 6a This corresponds essentially to FIG. 5a, but the values for a radiation-emitting component 100 according to an exemplary embodiment are also specified here (represented by black squares).
  • the exemplary embodiment and the comparative example (represented by black circles) differ only in their second phosphor, which in the comparative example is KSF and in the exemplary embodiment CaZrF 6 : Mn.
  • the emission wavelength of the semiconductor chip 10 the emission of the second luminescent material, was again and the overall color locus of the radiation-emitting component 100 and the filter curves are kept constant.
  • the improvement in the color space coverage that can be seen from FIG. 6a can be traced back to a higher color purity in the filtered green color channel.
  • the filtered blue color channel does not shift towards cyan either.
  • FIG. 6b shows the relationship from FIG. 6a again as a function of the CIE coordinates CIE x and CIE y.
  • the solid line describes the DCI P3 color space
  • the dotted line Line the color space of the exemplary embodiment with a shift S G of 20 nm. It can be seen that the color space is even increased by the shift S G compared to DCI P3.
  • the positive effect of the exemplary embodiment is due to the special combination of properties of the second phosphor used in combination with the first phosphor used and the semiconductor chip 10 used or would cause crosstalk between the green color channel and the blue color channel, are absorbed by the second phosphor and converted into red light.
  • the color locus of the emission of the second luminescent material is advantageously selected such that a high degree of color purity is also achieved in the filtered red color channel.
  • FIG. 7 shows the dependence of the spectral efficiency LER in lm / W of the emitted spectrum of the radiation-emitting component 100 on the shift S G in nm of the peak wavelength of the first phosphor.
  • the black squares are the values for the exemplary embodiment with CaZrF 6 : Mn as the second phosphor, the black circles are the values for the comparative example with KSF as the second phosphor.
  • the emission of the semiconductor chip 10, of the second phosphor and the overall color locus of the radiation-emitting component 100 and the filter curves were kept constant. It can be seen that a short-wave shift in the emission of the first phosphor ⁇ -sialon also has an effect on the spectral efficiency, the spectral efficiency of the exemplary embodiment being higher in each case.
  • the positive effects on the color space coverage described above are therefore associated with an increased spectral efficiency LER of the radiation-emitting component 100.
  • Table 2 also shows the determined chromaticity coordinates of different spectra / combinations of phosphors after filtering, the overlap 0 with the respective color space coordinates as a function of the shift S G for the embodiment with a semiconductor chip, which has a dominant wavelength ⁇ dom (B) of 455 nm, a ß-sialon as the first phosphor (G) and CaZrF 6 : Mn as the second phosphor (R) and the comparative example with a semiconductor chip that has a dominant wavelength ⁇ dom (B) of 455 nm, a ß-sialon as the first phosphor (G ) and with KSF as the second phosphor (R).
  • Radiation-emitting component 200 Display device s mel Melanopic action function Al Excitation spectrum of CaZrF 6 : Mn

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben mit • - einem Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und • - einem Konversionselement, das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt. Weiterhin werden eine Lichtquelle und eine Display-Vorrichtung angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT, LICHTQUELLE UND DISPLAY- VORRICHTUNG
Es werden ein strahlungsemittierendes Bauelement, eine Lichtquelle sowie eine Display-Vorrichtung angegeben.
Es ist unter anderem eine Aufgabe, ein strahlungsemittierendes Bauelement bereitzustellen, das verbesserte Eigenschaften aufweist. Weitere Aufgaben sind, eine Lichtquelle und eine Display-Vorrichtung bereitzustellen, die verbesserte Eigenschaften aufweisen.
Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Dieses weist einen Halbleiterchip auf, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet.
Bei dem strahlungsemittierenden Bauelement handelt es sich somit um ein Bauelement, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert. Beispielsweise handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden Bauelement um eine Leuchtdiode (LED).
Der Halbleiterchip kann eine aktive Schichtenfolge umfassen, die einen aktiven Bereich enthält, der im Betrieb des Bauelements die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs, auch Primärstrahlung genannt, erzeugen kann. Der Halbleiterchip ist beispielsweise ein Leuchtdiodenchip oder ein Laserdiodenchip. Die Primärstrahlung, die im Halbleiterchip erzeugt wird, kann durch eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips emittiert werden. Die Primärstrahlung kann einen Strahlengang bilden bzw. einem Strahlengang folgen.
Unter „blauem Spektralbereich" ist hier und im Folgenden sichtbares Licht zu verstehen, insbesondere im Wellenlängenbereich von einschließlich 430 nm bis einschließlich 500 nm. Die Begriffe „elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich" und „blaues Licht" werden hier und im Folgenden gleichbedeutend verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauelement weiterhin ein Konversionselement .
Unter einem Konversionselement ist hier und im Folgenden ein Bauteil zu verstehen, das im Betrieb des Bauelements die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umwandelt. Dieser Prozess wird auch als Strahlungskonversion oder Konversion bezeichnet. Die Sekundärstrahlung unterscheidet sich dabei von der Primärstrahlung zumindest teilweise und kann insbesondere langwelliger sein als die Primärstrahlung.
Das Konversionselement ist insbesondere im Strahlengang der Primärstrahlung so angeordnet, dass zumindest ein Teil der Primärstrahlung auf das Konversionselement trifft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement einen ersten Leuchtstoff, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt. Das Konversionselement konvertiert somit zumindest teilweise die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung, die Wellenlängen im grünen Spektralbereich umfasst.
Unter „grünem Spektralbereich" ist hier und im Folgenden sichtbares Licht zu verstehen, insbesondere im Wellenlängenbereich von einschließlich 490 nm bis einschließlich 590 nm, insbesondere größer 500 nm bis einschließlich 590 nm. Die Begriffe „elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich" und „grünes Licht" werden hier und im Folgenden gleichbedeutend verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement weiterhin einen zweiten Leuchtstoff auf, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt.
Unter „rotem Spektralbereich" ist hier und im Folgenden sichtbares Licht zu verstehen, insbesondere im Wellenlängenbereich von einschließlich 590 nm bis einschließlich 700 nm, insbesondere größer 590 nm bis einschließlich 700 nm. Die Begriffe „elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich" und „rotes Licht" werden hier und im Folgenden gleichbedeutend verwendet.
Das strahlungsemittierende Bauelement kann somit Mischlicht, das sich aus Licht des ersten, zweiten und dritten Wellenlängenbereichs zusammensetzt, emittieren. Bei dem Mischlicht handelt es sich insbesondere um weißes Licht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum auf, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt.
Somit weist der zweite Leuchtstoff ein Absorptionsmaximum bzw. eine Absorptionsbande im blauen Spektralbereich auf und ist somit gut für die Verwendung in einem strahlungsemittierenden Bauelement mit blauem Licht als Primärstrahlung geeignet. Neben dem Maximum im Bereich zwischen 430 nm und 550 nm kann der zweite Leuchtstoff weitere Maxima in seinem Anregungsspektrum aufweisen, beispielsweise im nahen UV-Bereich, beispielsweise im Bereich zwischen einschließlich 320 nm und einschließlich 420 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben, mit
- einem Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- einem Konversionselement, das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt. In dem strahlungsemittierenden Bauelement wird somit ein blaues Licht emittierender Halbleiterchip mit einem grünes Licht emittierenden ersten Leuchtstoff und einem rotes Licht emittierenden zweiten Leuchtstoff kombiniert.
Der zweite Leuchtstoff weist dabei eine langwellige Absorption und Anregbarkeit auf. Damit kann beispielsweise gezielt blaugrünes und/oder cyanfarbiges Licht der Primärstrahlung absorbiert werden. Zum anderen emittiert der zweite Leuchtstoff rotes Licht mit hoher spektraler Effizienz (LER).
Eine gezielte Absorption von blaugrünem und/oder cyanfarbigem Licht bei gleichzeitig hoher LER kann beispielsweise in einer Lichtquelle zur Verwendung kommen, die eingesetzt wird, um die Melatoninproduktion im Körper zu erhöhen.
Lichtquellen zeigen neben ihrer Beleuchtungsfunktion auch eine Wechselwirkung mit dem menschlichen Körper. Eine gezielte Optimierung des Emissionsspektrums einer Lichtquelle kann die physiologische Wirkung des Lichts auf den Menschen verbessern. So kann beispielsweise eine Lichtquelle den Tag- Nachtrhythmus steuern, insbesondere durch Einflussnahme auf die Melatoninproduktion. Dabei führt ein hoher Anteil von blaugrünem und/oder cyanfarbigem Licht im Spektrum einer Lichtquelle zu einer verminderten Melatoninproduktion, was im Körper zu einer erhöhten Aktivität führt. Andererseits führt ein geringer Anteil von blaugrünem und/oder cyanfarbigem Licht im Spektrum einer Lichtquelle zu einer erhöhten Melatoninproduktion, was zu einer verringerten Aktivität führt. Ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem geringen Anteil von blaugrünem und/oder cyanfarbigem Licht, insbesondere mit einer spektralen Lücke in dem blaugrünen und/oder cyanfarbigem Bereich, mit einer hohen LER bei gleichzeitig guter Farbwiedergabe kann somit insbesondere als Lichtquelle in den Abendstunden eingesetzt werden, um eine Störung des Tag-/Nachtrhythmus zu vermeiden.
Zur Beschreibung des Anteils von blaugrünem oder cyanfarbigem Licht im Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden Bauelements kann die Kenngröße MDEF („melanopic daylight- equivalent efficiency factor of luminous radiation") herangezogen werden. Der MDEF beschreibt das Verhältnis des melanopisch wirksamen Anteils des Emissionsspektrums bezogen auf das photopisch bewertete Beleuchtungslevel eines strahlungsemittierenden Bauelements. Strahlungsemittierende Bauelemente mit hohem MDEF, also einem hohen blaugrünen und/oder cyanfarbigen Anteil im Spektrum, führen zu erhöhter Aktivität, strahlungsemittierende Bauelemente mit niedrigem MDEF, also niedrigem blaugrünen und/oder cyanfarbigen Anteil im Spektrum, führen zu erniedrigter Aktivität.
Herkömmlich werden häufig Lichtquellen mit niedriger Farbtemperatur (CCT) für den Einsatz in den Abendstunden verwendet. Solche Lichtquellen sind „warmweiß", sind also typischerweise reich an orange-rot-farbigen Tönen und zeigen einen geringeren Anteil an blaugrünen und/oder cyanfarbigen Tönen im Vergleich zu Lichtquellen mit hoher CCT („kaltweiß"). Dadurch erreichen Lichtquellen mit niedriger CCT geringere MDEF-Werte als solche mit hoher CCT. CCT und MDEF sind also miteinander gekoppelt und können häufig nur unzureichend unabhängig voneinander eingestellt werden. Durch Verwendung des zweiten Leuchtstoffs mit den oben genannten Eigenschaften in dem strahlungsemittierenden Bauelement kann jedoch ein stark reduzierter MDEF bei gleichzeitig unveränderter Farbtemperatur CCT realisiert werden, wobei insbesondere dabei auch eine hohe Farbqualität (gemessen als CRI, R9) und eine hohe spektrale Effizienz (LER) erreicht werden.
Eine gezielte Absorption von blaugrünem und/oder cyanfarbigem Licht bei gleichzeitig hoher LER kann andererseits auch vorteilhaft sein, wenn das strahlungsemittierende Bauelement als Displayhinterleuchtung eingesetzt wird.
In Displays, beispielsweise Flüssigkristall-(LC, liquid crystal) Displays, sorgen Farbfilter für die Trennung des von einem strahlungsemittierenden Bauelement, beispielsweise einer LED, emittierten weißen Lichts in die Farben Rot, Grün und Blau für die jeweiligen Pixel bzw. Farbkanäle.
Bei Verwendung von Leuchtstoffen mit breiter Emission kommt es zum sogenannten Übersprechen, bei dem auch teilweise beispielsweise rotes Licht in den grünen Farbkanal gelangen kann. Dies führt letztendlich zu einer Verkleinerung des maximal darstellbaren Farbraums des Displays. Ein solcher Effekt kann zwar durch Farbfilter mit engeren spektralen Transmissionsfenstern teilweise reduziert werden, allerdings nur auf Kosten der Gesamthelligkeit und damit der Effizienz des Displays.
Wie groß der Farbraum ist, den ein Display abdecken kann, hängt somit von dem Emissionsspektrum, insbesondere dem Weißlichtspektrum der Displayhinterleuchtung ab. Es existieren verschiedene standardisierte Farbraumdefinitionen, welche jeweils durch Primärkoordinaten für die Ecken „Blau", „Grün" und „Rot" definiert werden, insbesondere durch deren Koordinaten im CIE-xy-Farbraum oder CIE-u'v'-Farbraum. Beispiele für Farbräume mit hoher Farbqualität, das heißt eine hohe Farbsättigung der Eckpunkte und eine große Breite an maximal darstellbaren Farben, sind sRGB, NTSC, AdobeRGB, DCI P3 und rec2020. Insbesondere DCI P3 ist ein technisch wichtiger und im Bereich qualitativ hochwertiger Displays verbreiteter Standard.
Bei dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelement, sind die Emissionsmaxima des ersten und zweiten Leuchtstoffs so optimiert, dass in Kombination mit den Absorptions- bzw. Durchlässigkeitskurven von Farbfiltern in einer Display-Vorrichtung eine hohe Farbraumabdeckung mit gegenüber herkömmlichen Display-Vorrichtungen erhöhter LER erreicht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum auf, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm bis einschließlich 10 nm, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 nm aufweist.
Das Emissionsspektrum des zweiten Leuchtstoffs kann eine Vielzahl von Emissionspeaks aufweisen, wobei der Peak mit der höchsten Intensität als Emissionsmaximum bezeichnet wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Emissionsspektrum des zweiten Leuchtstoffs eine Vielzahl von Emissionspeaks auf, wobei zumindest ein Emissionspeak eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm bis einschließlich 10 nm, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 nm aufweist. Durch die geringe Halbwertsbreite des Emissionsmaximums handelt es sich somit um eine schmalbandige Emission des zweiten Leuchtstoffs, die auch als Linienemission bezeichnet werden kann. Die gemessene Halbwertsbreite des Emissionsmaximums kann dabei auch von der Auflösung und Genauigkeit des verwendeten Messverfahrens abhängen. Eine schmalbandige Emission trägt insbesondere zu einer Emission von rotem Licht mit hoher spektraler Effizienz (LER) bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Anregungsspektrum des zweiten Leuchtstoffs in dem Bereich zwischen einschließlich 470 nm bis 510 nm ein Maximum auf.
Der zweite Leuchtstoff weist somit eine langwellige Absorption und Anregbarkeit auf und kann somit gut eingesetzt werden, um ein strahlungsemittierendes Bauelement mit stark reduziertem MDEF bei gleichzeitig hoher Farbtemperatur, Farbqualität und spektraler Effizienz bereitzustellen. Andererseits eignet sich ein solcher zweiter Leuchtstoff auch gut für strahlungsemittierende Bauelemente, die als Displayhinterleuchtung eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das Emissionsmaximum des zweiten Leuchtstoffs im Bereich zwischen einschließlich 620 nm und einschließlich 635 nm, insbesondere zwischen einschließlich 625 nm und einschließlich 633 nm. Beispielsweise liegt deas Emissionsmaximum bei 628 nm. Somit emittiert der zweite Leuchtstoff im roten bis tiefroten Bereich in Verbindung mit der langwelligen Absorption und Anregbarkeit und der geringen Halbwertsbreite des Emissionsmaximums . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wandelt der zweite Leuchtstoff, insbesondere im Betrieb des Bauelements, zumindest teilweise elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs um. Insbesondere absorbiert der zweite Leuchtstoff Wellenlängen in dem blaugrünen und/oder cyanfarbigen Bereich des zweiten Wellenlängenbereichs. Somit wird der blaugrüne bzw. cyanfarbige Anteil des von dem strahlungsemittierenden Bauelement emittierten Lichts noch weiter reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff die allgemeine Formel AzEeX6:RE aufweist, wobei
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente,
- E ausgewählt ist aus der Gruppe der vierwertigen Elemente,
- X ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Elemente,
- RE ausgewählt ist aus Aktivator-Elementen,
- 0,9 ≤ z ≤ 1,1 und
- 0,9 ≤ e ≤ 1,1.
Die in der Summenformel AzEeX6 :RE enthaltenen Elemente liegen in geladener Form vor, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist. Weiterhin kann die Summenformel AzEeX6:RE weitere Elemente beispielsweise in Form von Verunreinigungen aufweisen. Zusammengenommen weisen diese Verunreinigungen höchstens 5 Mol-%, insbesondere höhstens 1 Promille, beispielsweise höchstens 100 ppm (parts per million), bevorzugt höchstens 10 ppm auf.
Mit dem Begriff „Wertigkeit" in Bezug auf ein bestimmtes Element ist vorliegend gemeint, wie viele Elemente mit einfacher entgegengesetzter Ladung in einer chemischen Verbindung benötigt werden, um einen Ladungsausgleich zu erzielen. Somit umfasst der Begriff „Wertigkeit" die Ladungszahl des Elements.
Der zweite Leuchtstoff gemäß der Summenformel AzEeX6:RE kann nach außen hin ungeladen vorliegen oder formell in geringem Maße keinen vollständigen Ladungsausgleich besitzen.
Im Vergleich zu konventionell verwendeten rotemittierenden Leuchtstoffen, wie beispielsweise K2SiF6:Mn (im Folgenden auch KSF), ist die Lichtausbeute bzw. der visuelle Nutzeffekt des vorliegenden zweiten Leuchtstoffs mit der Summenformel AzEeX6:RE aufgrund seiner geringen spektralen Halbwertsbreite sowie der kurzwellig verschobenen Emission erhöht. Der vorliegende Leuchtstoff weist weiterhin eine hohe spektrale Effizienz bzw. ein photometrisches Strahlungsäquivalent (LER) auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff eine LER von größer als 190 lmW-1 auf. Beispielsweise ist die LER des zweiten Leuchtstoffs größer als 202,7 lmW-1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist A ausgewählt aus Ca, Sr, Ba, Zn, Mg oder Kombinationen daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst A Ca, Sr oder Zn oder besteht daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist E ausgewählt aus Hf, Ti, Zr, Pb oder Kombinationen daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht E aus Hf, Ti oder Zr. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist X ausgewählt aus F, CI, Br, I oder Kombinationen daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst X F oder besteht daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist RE ausgewählt aus Mn, Cr, Ni oder Kombinationen daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst RE Mn oder besteht daraus. Bevorzugt sind die Aktivator-Elemente RE vierwertige Elemente, das heißt vierfach positiv geladen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite Leuchtstoff ausgewählt aus CaHfF6:Mn, CaZrF6:Mn, SrTiF6:Mn, ZnHfF6:Mn und Kombinationen daraus. Diese Materialien weisen einen Effizienzvorteil und gleichzeitig eine verbesserte Farbwiedergabe gegenüber herkömmlichen rot emittierenden Leuchtstoffen auf. Beispielsweise liegt das Emissionsmaximum der Leuchtstoffe CaZrF6:Mn und CaHfF6:Mn bei einer Wellenlänge λmax bei etwa 628,3 nm. Beispielsweise liegt das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs SrTiF6:Mn bei einer Wellenlänge λmax bei etwa 628,4 nm. Beispielsweise liegt das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs ZnHfF6:Mn bei einer Wellenlänge λmax bei etwa 632,7 nm. Beispielsweise ist die spektrale Effizienz des Leuchtstoffs CaZrF6:Mn bei etwa 222,2 lmW-1.Beispielsweise ist die spektrale Effizienz des Leuchtstoffs CaHfF6:Mn bei etwa 219,3 lmW-1.Beispielsweise ist die spektrale Effizienz des Leuchtstoffs SrTiF6:Mn bei etwa 190,7 lmW-1.Beispielsweise ist die spektrale Effizienz des Leuchtstoffs ZnHfF6:Mn bei etwa 194,9 lmW-1.
Der zweite Leuchtstoff kann eine Dominanzwellenlänge (λdom) aufweisen, die zwischen einschließlich 610 nm und einschließlich 618 nm liegt. Die Dominanzwellenlänge ist die Wellenlänge von monochromatischem Licht, das eine ähnliche Farbtonwahrnehmung erzeugt wie die zu beschreibende polychromatische Lichtmischung. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von dem Emissionsmaximum ab. Insbesondere liegt die Dominanzwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs nach Anregung mit einer Primärstrahlung im blauen Spektralbereich zwischen einschließlich 610 nm und einschließlich 618 nm. Bevorzugt liegt die Dominanzwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs zwischen einschließlich 612,7 nm und einschließlich 617,7 nm. Beispielsweise liegt die Dominanzwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs CaZrF6:Mn bei einer Wellenlänge λdom bei etwa 615,4 nm. Beispielsweise liegt die Dominanzwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs CaHfF6:Mn bei einer Wellenlänge λdom bei etwa 617,2 nm. Beispielsweise liegt die Dominanzwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs SrTiF6:Mn bei einer Wellenlänge λdom bei etwa 612,7 nm. Beispielsweise liegt die Dominanzwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs ZnHfF6:Mn bei einer Wellenlänge λdom bei etwa 617,7 nm.
Ein zweiter Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel AzEeX6:RE kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer stöchiometrischen Zusammensetzung von Edukten,
- Homogenisieren der Edukte zur Herstellung eines Reaktionsgemenges,
- Erhitzen des Reaktionsgemenges auf eine Maximaltemperatur.
Bei dem Verfahren können die Edukte ausgewählt sein aus einer Gruppe, die Halogenide, Carbonate, Sulfide, Oxide, Oxalate, Imide, Permanganate, Nitrate, Nitrite, Sulfate, Sulfite, Hydrogensulfate, Disulfate, Thiosulfate, Cyanide, Cyanate, Thiocyanate, Acetate, Carbonsäurederivate, ternäre Verbindungen, insbesondere Ammoniumverbindungen, und Amide jeweils von A, E, X und RE und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt sind die Edukte ausgewählt aus einer Gruppe, die Halogenide, Carbonate, Sulfide, Oxide, Oxalate, Imide und Amide jeweils von A, E, X und RE und Kombinationen daraus umfasst. Weiterhin können die Edukte ausgewählt sein aus einer Gruppe, die AX2, EO2, ES2, EOX2, ACO3 und REX2 und Kombinationen daraus umfasst. Alternativ oder zusätzlich können die Oxide, Halogenide, Sulfide und Carbonate aus organischen Vorläuferverbindungen erhalten werden, die in situ die Edukte bilden. Beispielsweise können die Oxide über die Decarboxylierung von Oxalaten oder aus Carbonaten erhalten werden.
Weiterhin können die Edukte ausgewählt sein aus einer Gruppe die Calciumfluorid, Hafnium (IV)-oxid, Mangan(II)-chlorid- Tetrahydrat, Zinkchlorid, Strontiumcarbonat, Titan(IV)- sulfid, Zirkonylchlorid-Octahydrat und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere kann elementares X2 als Edukt für die Komponente X eingesetzt werden.
Bei dem Verfahren kann das Reaktionsgemenge auf eine Maximaltemperatur von höchstens 1000 °C, insbesondere auf eine Maximaltemperatur von höchstens 650 °C, bevorzugt auf eine Maximaltemperatur von höchstens 450 °C erhitzt werden.
Bei dem Verfahren kann das Erhitzen in einem F2-Strom stattfinden. Insbesondere wird bei dem Erhitzen bis zu 100 Vol.-% F2 durch das Reaktionsgemenge geleitet. Alternativ weist der Strom F2 und ein Inertgas auf. Bevorzugt wird bei dem Erhitzen durch das Reaktionsgemenge bis zu 10 Vol.-% F2 in einem Inertgas geleitet. Beispielsweise ist das Inertgas He, Ne, Kr, Ar, Xe, N2 oder SF6. Somit können oxidierende Bedingungen gewährleistet werden. Bei dem Verfahren wird keine Flusssäure-Lösung verwendet. Das Gefahrenpotential durch Hinzugabe einer Flusssäure-Lösung wird demzufolge vermieden. Bei dem Erhitzen in dem Verfahren kann es sich um ein trockenes Hochtemperaturverfahren handeln. Das heißt, es werden bei dem Erhitzen keine zusätzlichen Lösungsmittel oder Säuren hinzugegeben. Das Gefahrenpotential durch Hinzugabe einer Säure, insbesondere einer Flusssäure-Lösung, wird demzufolge vermieden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des zweiten Leuchtstoffs können die Edukte homogenisiert werden. Das entstandene Reaktionsgemenge aus den Edukten kann dann in einen Tiegel, beispielsweise in ein Korundschiff, gegeben werden und in einem Ofen, insbesondere in einem Rohrofen platziert werden, durch welchen bis zu 100 Vol.-% F2 geleitet wird.
Weiterhin kann das Verfahren ein stufenweises Erhitzen des Reaktionsgemenges umfassen. Stufenweises Erhitzen bedeutet, dass das Reaktionsgemenge mit mindestens einer Aufheizrate auf mindestens eine Zwischentemperatur erhitzt wird und das Reaktionsgemenge mit einer Haltezeit auf einer Zwischentemperatur gehalten wird, bevor die Maximaltemperatur erreicht wird. Die Zwischentemperatur ist insbesondere kleiner als die Maximaltemperatur. Insbesondere weist das stufenweise Erhitzen zwei Aufheizraten auf, welche gleich oder voneinander verschieden sein können.
Die Zwischentemperatur liegt beispielsweise zwischen einschließlich 50 °C und einschließlich 400 °C. Die Haltezeit liegt beispielsweise zwischen einschließlich einer Stunde und einschließlich 14 Tagen. Die Aufheizrate liegt beispielsweise zwischen einschließlich 0,05 °C pro Minute und einschließlich 5 °C pro Minute. Weiterhin kann das Erhitzen mindestens einen Abkühlschritt umfassen. Der Abkühlschritt erfolgt insbesondere nach einer Aufheizrate. Bei dem Abkühlschritt wird das Reaktionsgemenge im Ofen auf eine Minimaltemperatur abgekühlt. Die Minimaltemperatur liegt insbesondere zwischen einschließlich 20 °C und einschließlich 50 °C. Nach dem Abkühlschritt wird das Reaktionsgemenge bevorzugt vermengt und anschließend erneut erhitzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements weist der Halbleiterchip ein Emissionsspektrum mit einer Dominanzwellenlänge lΐoih auf, die kleiner oder gleich 460 nm, insbesondere kleiner oder gleich 455 nm ist. Somit wird in dem strahlungsemittierenden Bauelement ein kurzwelliger, blaues Licht emittierender Halbleiterchip eingesetzt. Dieser weist bei einer Dominanzwellenlänge l^ih von 455 nm oder weniger eine Peakwellenlänge von 450 nm oder weniger auf und trägt somit selbst nicht signifikant zur Emission im blaugrünen und/oder cyanfarbigen Bereich bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff ein Anregungsspektrum auf, das zumindest teilweise mit dem Emissionsspektrum des Halbleiterchips überlappt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff ein Anregungsspektrum auf, welches ein Maximum im Bereich zwischen einschließlich 445 nm und einschließlich 455 nm, insbesondere zwischen einschließlich 448 nm und einschließlich 450 nm, aufweist. Damit ist der erste Leuchtstoff besonders gut anregbar mit einem Halbleiterchip, dessen Emissionsspektrum eine Dominanzwellenlänge dom von 460 nm oder weniger, insbesondere von 455 nm oder weniger aufweist. Ein solcher erster Leuchtstoff kann insbesondere gut in einem strahlungsemittierenden Bauelement eingesetzt werden, das in einer Lichtquelle verwendet wird, die eingesetzt wird, um die Melatoninproduktion im Körper zu erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff ein Emissionsspektrum in dem Bereich 500 nm bis 580 nm auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Emissionsspektrum des ersten Leuchtstoffs eine Peakwellenlänge auf, die gegenüber der Peakwellenlänge eines grünes Licht emittierenden ß-Sialon, also ein Oxynitrid mit ß-Si3N4-Kristallstruktur, worin Eu in Form einer festen Lösung enthalten ist, und das durch die Formel Si6-kAlkOkN8_ k:Eu mit k > 0,45 ausgedrückt werden kann, in Richtung kürzere Wellenlängen verschoben ist. Mit einem solchen ersten Leuchtstoff kann beispielsweise ein großer Farbraum abgedeckt werden, wenn das strahlungsemittierende Bauelement als Displayhinterleuchtung eingesetzt wird.
Durch Einsatz eines gegenüber ß-Sialon kurzwelliger emittierenden ersten Leuchtstoffs in einer Displayhinterleuchtung kann der Farbpunkt des gefilterten grünen Farbkanals in Richtung geringerer Dominanzwellenlänge, also ein weniger gelbliches Grün, verschoben werden. Dabei ist zu beachten, dass ein Übersprechen der
Leuchtstoffemission aus einem Farbkanal in einen benachbarten Farbkanal möglichst nicht stattfinden soll. Insbesondere kann ein spektral zu breiter oder zu stark in Richtung kurzwelliger Emission verschobener grünes Licht emittierender Leuchtstoff Emissionsbeiträge im Emissionsspektrum des strahlungsemittierenden Bauelements liefern, die im Durchlassbereich des blauen Farbkanals liegen. Dadurch kann der Farbort des blauen Farbkanals in Richtung Cyan verschoben werden, wodurch der Gesamtumfang der darstellbaren Farben wiederum reduziert wird. In Kombination mit dem oben beschriebenen zweiten Leuchtstoff, der ein Absorptionsmaximum zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm, insbesondere zwischen einschließlich 470 nm und einschließlich 510 nm, bevorzugt zwischen 475 nm und 505 nm aufweist, aufweist, tritt dieser Effekt jedoch nicht auf. Vielmehr wird damit eine erhöhte Farbraumabdeckung erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Emissionspeak des Emissionsspektrums des ersten Leuchtstoffs eine Halbwertsbreite von kleiner oder gleich 50 nm, insbesondere kleiner oder gleich 45 nm, auf. Damit handelt es sich bei dem ersten Leuchtstoff um einen schmalbandig emittierenden Leuchtstoff. Dieser kann insbesondere gut bei Verwendung des strahlungsemittierenden Bauelements als Displayhinterleuchtung eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Leuchtstoff ausgewählt aus Granaten, ß-Sialonen, Orthosilikaten und Kombinationen daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff zumindest ein Granat auf oder besteht daraus. Beispielsweise wird als erster Leuchtstoff (Y,Lu)3AI5O12 :Ce ausgewählt, dessen Anregungsmaximum mit etwa 448 nm bis 450 nm im Bereich von Peakwellenlängen von 450 nm oder weniger eines kurzwellig blau emittierenden Halbleiterchips liegt. Denkbar ist auch der Einsatz von Y3 (Al,Ga)5O12 :Ce als erster Leuchtstoff. Es sind auch weitere modifizierte Zusammensetzungen des allgemeinen Typs (Y,Lu,Gd,Tb)3 (Al,Ga,Sc)5O12 :Ce denkbar, sofern die Elementzusammensetzung so gewählt ist, dass die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung besonders gut absorbiert wird. Solche erste Leuchtstoffe können insbesondere gut in strahlungsemittierenden Bauelementen eingesetzt werden, die als Lichtquellen mit reduziertem MDEF verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff ein ß-Sialon auf oder besteht daraus. Dabei handelt es sich insbesondere um ein modifiziertes ß-Sialon, also ein Oxynitrid mit ß-Si3N4-Kristallstruktur, worin Eu in Form einer festen Lösung enthalten ist, und das durch die Formel Si6-kAlkOkN8-k:Eu mit 0 < k ≤ 0,45, bevorzugt 0,001 ≤ k ≤ 0,40 (besonders bevorzugt 0,002 ≤ k ≤ 0,35) ausgedrückt werden kann. Insbesondere kann ein derartiger erster Leuchtstoff gegenüber herkömmlichen ß-Sialonen, in denen k > 0,45 ist, eine kurzwellig verschobene Emission aufweisen. Die Modifizierung kann beispielsweise durch Veränderung des Verhältnisses O/N oder Si/Al in dem ß-Sialon erfolgen. Solche ersten Leuchtstoffe können insbesondere gut in strahlungsemittierenden Bauelementen eingesetzt werden, die als Displayhinterleuchtung in Display-Vorrichtungen verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement in direktem Kontakt auf einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionselement mithilfe einer Klebeschicht auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgebracht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Konversionselement weiterhin ein Matrixmaterial. Das Matrixmaterial kann ausgewählt sein aus Glas wie Silikat, Wasserglas oder Quarzglas, oder Polymere wie Polystyrol, Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat, Polyacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyvinyl, Silikonharz, Silikon oder Epoxidharz oder Kombinationen daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Halbleiterchip und das Konversionselement in der Ausnehmung eines Gehäuses angeordnet. Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform sind der Halbleiterchip und/oder das Konversionselement zumindest teilweise von einem Verguss umgeben.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform ist das Konversionselement Teil eines Vergusses, der den Halbleiterchip umgibt, oder das Konversionselement bildet den Verguss, der den Halbleiterchip umgibt. Der Halbleiterchip ist insbesondere in das Konversionselement eingebettet und zumindest teilweise von dem Konversionselement umgeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Verguss in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Halbleiterchip und das Konversionselement in einer Ausnehmung eines Gehäuses angeordnet, wobei die Ausnehmung des Gehäuses mit einem den Halbleiterchip zumindest teilweise umgebenden Verguss gefüllt ist und das Konversionselement auf der von dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Vergusses angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip in der Ausnehmung eines Gehäuses angeordnet, wobei die Ausnehmung des Gehäuses mit einem den Halbleiterchip zumindest teilweise umgebenden Verguss gefüllt ist und das Konversionselement auf der von dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Vergusses außerhalb der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet ist. Optional können innerhalb des Vergusses Partikel wie beispielsweise weitere Leuchtstoffe oder Streupartikel eingebettet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ausnehmung des Gehäuses zwischen dem Halbleiterchip und dem Konversionselement frei von einem Verguss und/oder weiteren Schichten oder Bauteilen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verguss eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung, insbesondere der Primärstrahlung, von zumindest 85 %, insbesondere von zumindest 95 %, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Verguss ein Material, das ausgewählt ist aus Materialien wie für das Matrixmaterial angegeben.
Es wird weiterhin eine Lichtquelle aufweisend ein erstes strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Vorzugsweise ist das strahlungsemittierende Bauelement gemäß den oben genannten Ausführungsformen zur Verwendung in einer hier beschriebenen Lichtquelle geeignet und vorgesehen. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Bauelement aufgeführt sind, gelten auch für die Lichtquelle und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das erste strahlungsemittierende Bauelement der Lichtquelle - einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- ein Konversionselement, das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm, insbesondere zwischen einschließlich 470 nm bis 510 nm, liegt.
Die Eigenschaften bezüglich des ersten strahlungsemittierenden Bauelements sind in Bezug auf das strahlungsemittierende Bauelement bereits offenbart und gelten ebenso für das strahlungsemittierende Bauelement, das in der Lichtquelle enthalten ist. Die Lichtquelle eignet sich somit besonders gut zur Beleuchtung in den Abendstunden, da sie einen stark reduzierten MDEF bei gleichzeitig unveränderter Farbtemperatur, hoher Farbqualität und sehr hoher spektraler Effizienz aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum auf, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm bis einschließlich 10 nm, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 nm aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Leuchtstoff ausgewählt aus (Y,Lu)3AI5O12:Ce, Y3(Al,Ga)5O12:Ce und Kombinationen davon. Diese ersten Leuchtstoffe können besonders gut mit kurzwelligen blau emittierenden Halbleiterchips angeregt werden, insbesondere im Bereich 448 nm bis 450 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Lichtquelle weiterhin ein zweites strahlungsemittierendes Bauelement auf, welches aufweist
- einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- ein Konversionselement, das einen dritten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen vierten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der vierte Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das bei kürzeren Wellenlängen liegt als das Maximum des Anregungsspektrums des zweiten Leuchtstoffs .
Das zweite strahlungsemittierende Bauelement weist gemäß einer Ausführungsform den gleichen Halbleiterchip auf, wie das oben beschriebene erste strahlungsemittierende Bauelement mit stark reduziertem MDEF. Weiterhin kann der dritte Leuchtstoff gemäß einer Ausführungsform der gleiche Leuchtstoff sein wie der erste Leuchtstoff. Der vierte Leuchtstoff kann beispielsweise KSF sein. Somit kann in einer Lichtquelle ein wie oben beschriebenes strahlungsemittierendes Bauelement mit stark reduziertem MDEF mit einem zweiten strahlungsemittierenden Bauelement mit nicht reduziertem MDEF kombiniert werden, wodurch die Lichtquelle unabhängig von der Tageszeit benutzt werden kann, ohne die Melatoninproduktion ungünstig zu beeinflussen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das erste und das zweite strahlungsemittierende Bauelement unabhängig voneinander ansteuerbar. Damit kann je nach Tageszeit das gewünschte MDEF stufenlos innerhalb einer Lichtquelle eingestellt werden, ohne dass sich Weißpunkt bzw. Farbtemperatur oder Farbwiedergabeindex der emittierten Strahlung ändern.
Es wird weiterhin eine Display-Vorrichtung aufweisend ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Vorzugsweise ist das strahlungsemittierende Bauelement gemäß den oben genannten Ausführungsformen zur Verwendung in einer hier beschriebenen Display-Vorrichtung geeignet und vorgesehen. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Bauelement aufgeführt sind, gelten auch für die Display-Vorrichtung und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Display- Vorrichtung ein strahlungsemittierendes Bauelement auf, mit
- einem Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- einem Konversionselement, das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm , insbesondere zwischen einschließlich 470 nm bis 510 nm, liegt, weiterhin aufweisend mindestens einen Farbfilter.
Das strahlungsemittierende Bauelement dient somit als Displayhinterleuchtung, wobei das von dem strahlungsemittierenden Bauelement emittierte Licht mittels Farbfiltern in verschiedene Farbkanäle, insbesondere einen grünen Farbkanal, einen roten Farbkanal und einen blauen Farbkanal, pro Pixel getrennt wird. Der vorliegende zweite Leuchtstoff in dem Konversionselement des strahlungsemittierenden Bauelements dient dabei als zusätzlicher Filter für das Licht mit Wellenlängen im blaugrünen und/oder cyanfarbigen Bereich, so dass ein Übersprechen zwischen den Farbkanälen vermindert oder vermieden wird und gleichzeitig ein großer Farbraum erzielt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum auf, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm bis einschließlich 10 nm, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 nm aufweist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Bauelements, der Lichtquelle und der Display-Vorrichtung ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen .
Figur 1 zeigt in schematischer Schnittansicht ein strahlungsemittierendes Bauelement gemäß eines Ausführungsbeispiels .
Figur 2 zeigt eine Auftragung der melanopischen Wirkungsfunktion allein (Figur 2a) und in Vergleich mit dem Absorptionsspektrum eines zweiten Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Figur 3 zeigt simulierte Emissionsspektren von strahlungsemittierenden Bauelementen mit Konversionselementen gemäß Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen im Vergleich zur melanopischen Wirkungsfunktion.
Figur 4 zeigt in schematischer Schnittansicht eine Display- Vorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Figur 5 zeigt eine Simulation der Abhängigkeit des erreichten Farbraumüberlapps eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Vergleichsbeispiel von der Peakwellenlänge der ß-Sialon-Emission.
Figur 6 zeigt eine Simulation der Abhängigkeit des erreichten Farbraumüberlapps eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Vergleichsbeispiel (Figur 6a) und gemäß einem Ausführungsbeispiel (Figuren 6a und 6b) von der Peakwellenlänge der ß-Sialon-Emission. Figur 7 zeigt die spektrale Effizienz eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel und gemäß einem Vergleichsbeispiel in Abhängigkeit von der Peakwellenlänge der ß-Sialon-Emission.
Figur 8 zeigt ein simuliertes Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einer Ausführungsform .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende 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 eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Bauelements 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Dieses kann beispielsweise in einer Lichtquelle enthalten sein. Das strahlungsemittierende Bauelement 100 enthält ein Gehäuse 30, das eine Vertiefung aufweist, in der ein Halbleiterchip 10 sowie auf dem Halbleiterchip 10 ein Konversionselement 20 angeordnet sind. In der Vertiefung ist weiterhin ein Verguss 40 vorhanden, der den Halbleiterchip 10 und das Konversionselement 20 umgibt. Das Konversionselement 20 ist im Strahlengang des Halbleiterchips 10 angeordnet, so dass es von dem Halbleiterchip 10 emittierte Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umwandeln kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Konversionselement 20 direkt auf dem Halbleiterchip 10 angeordnet, es kann aber auch beabstandet zu dem Halbleiterchip 10, beispielsweise auf einer Klebeschicht (hier nicht gezeigt), oder auf der von dem Halbleiterchip 10 abgewandten Seite des Vergusses 40 angeordnet sein. Alternativ kann das Konversionselement 20 auch Teil des Vergusses 40 sein oder den Verguss 40 bilden (hier nicht gezeigt).
Bei dem Halbleiterchip 10 handelt es sich insbesondere um einen LED-Chip.
Der Halbleiterchip 10 emittiert elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereiches im blauen Spektralbereich. Insbesondere weist die von dem Halbleiterchip 10 emittierte Strahlung ein Emissionsspektrum auf mit einer dominanten Wellenlänge, die kleiner oder gleich 460 nm, insbesondere kleiner oder gleich 455 nm ist, bzw. mit einer Peakwellenlänge, die kleiner oder gleich 450 nm ist.
Das Konversionselement 20 enthält einen ersten Leuchtstoff, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und einen zweiten Leuchtstoff, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt. Das Konversionselement 20 kann weiterhin ein Matrixmaterial enthalten, in dem erster und zweiter Leuchtstoff eingebettet sind.
Der erste Leuchtstoff hat ein Anregungsmaximum, das im Bereich des ersten Wellenlängenbereichs liegt. Beispielsweise ist der erste Leuchtstoff ein modifizierter Granat wie (Y,Lu)3AI5O12 :Ce mit einem Anregungsmaximum bei 448 nm bis 450 nm. Alternativ kommt auch Y3 (Al,Ga)5O12 :Ce in Frage, das ein ähnliches Anregungsmaximum hat. Ein solcher erster Leuchtstoff wird insbesondere eingesetzt, wenn das strahlungsemittierende Bauelement 100 in einer Lichtquelle vorhanden ist, die eine geringe melanopische Wirkung auf den menschlichen Körper haben soll.
Alternativ kann der erste Leuchtstoff auch ein ß-Sialon sein, insbesondere ein modifiziertes ß-Sialon, das besonders kurzwellig emittiert, beispielsweise ein ß-Sialon mit der Formel Si6-kAlkOkN8-k:Eu, wobei 0 < k ≤ 0,45, bevorzugt 0,001 ≤ k ≤ 0,40 (besonders bevorzugt 0,002 ≤ k ≤ 0,35). Erste Leuchtstoffe aus anderen Materialsystemen, die besonders schmalbandig emittieren, also ein Halbwertsbreite von weniger als 50 nm, insbesondere weniger als 45 nm aufweisen, sind ebenfalls geeignet. Solche ersten Leuchtstoffe können insbesondere eingesetzt werden, wenn das strahlungsemittierende Bauelement 100 in einer Display- Vorrichtung 200 als Display-Hinterleuchtung eingesetzt wird, da mit ihnen ein möglichst großes Farbraumdreieck des gefilterten grünen Farbkanals aufgespannt werden kann.
Der zweite Leuchtstoff weist ein Anregungsspektrum auf, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt, insbesondere zwischen einschließlich 470 nm und einschließlich 510 nm. Das heißt, er hat eine langwellige Absorption und Anregbarkeit.
Weiterhin weist der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum auf, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm bis einschließlich 10 nm, insbesondere zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 nm aufweist, also eine niedrige Halbwertsbreite, insbesondere eine Linienemission. Damit zeigt der zweite Leuchtstoff eine hohe LER. Insbesondere ist der zweite Leuchtstoff ausgewählt aus CaHfF6:Mn, CaZrF6:Mn, SrTiF6:Mn, ZnHfF6:Mn, beispielsweise ist der zweite Leuchtstoff CaZrF6:Mn.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für die Herstellung des zweiten Leuchtstoffs anhand der Beispiele CaHfF6:Mn, CaZrF6:Mn, SrTiF6:Mn, ZnHfF6:Mn erläutert.
Herstellung des zweiten Leuchtstoffs gemäß dem Ausführungsbeispiel CaZrF6:Mn
Eine stöchiometrische Zusammensetzung der Edukte Calciumfluorid (780,8 mg, 10 mmol), Zirkonylchlorid- Octahydrat (3,144 g, 9,8 mmol) und Mangan(II)-chlorid- Tetrahydrat (39,5 mg, 0,2 mmol) werden in einem Achatmörser innig vermengt und in ein Korundschiff gegeben. Dieses Korundschiff wird in einem, durch einen Rohrofen beheizbares, Korundrohr platziert, durch welches 10 Vol.-% F2 in Argon geleitet wird. Die Zwischentemperatur wird von 30 °C um 20 °C (0,33 °C/min) erhöht und diese Zwischentemperatur wird eine Stunde konstant gehalten. Die stufenweise Erhöhung der Zwischentemperatur und die Haltezeiten werden wiederholt, bis 370 °C erreicht sind. Innerhalb von drei Tagen wird die Zwischentemperatur mit 4 °C/min auf 400 °C erhöht. Nach fünf weiteren Tagen Haltezeit wird das Reaktionsgemenge auf eine Minimaltemperatur von 30 °C abgekühlt, in einer Glaskohlenstoffschale gemörsert und erneut im Ofen platziert. Der Ofen wird erneut auf 400 °C mit einer Aufheizrate von 4 °C/min aufgeheizt und nach zwei weiteren Tagen wird die Zwischentemperatur mit 4 °C/min auf eine Maximaltemperatur von 450 °C erhöht und einen weiteren Tag bei dieser Maximaltemperatur gehalten. Anschließend wird das Reaktionsgemenge aus dem Ofen geholt, abgekühlt und der zweite Leuchtstoff mit der Formel CaZrF6:Mn wird erhalten.
Herstellung des zweiten Leuchtstoffs gemäß dem Ausführungsbeispiel CaHfF6:Mn
Eine stöchiometrische Zusammensetzung der Edukte Calciumfluorid (78,3 mg, 1 mmol), Hafnium (IV)-oxid (199,9 mg, 0,95 mmol) und Mangan (II)-chlorid-Tetrahydrat (9,6 mg,
0,05 mmol) werden in einem Achatmörser innig vermengt und in ein Korundschiff gegeben. Dieses Korundschiff wird in einem, durch einen Rohrofen beheizbares, Korundrohr platziert, durch welches 10 Vol.-% F2 in Argon geleitet wird. Die Zwischentemperatur wird von 30 °C um 20 °C (0,33 °C/min) erhöht und diese Zwischentemperatur wird eine Stunde konstant gehalten. Die stufenweise Erhöhung der Temperatur und die Haltezeiten werden wiederholt, bis 370 °C erreicht sind. Nach sechs Tagen wird das Reaktionsgemenge auf eine Minimaltemperatur von 30 °C abgekühlt. Anschließend wird das Reaktionsgemenge aus dem Ofen herausgenommen und in einer Glaskohlenstoffschale gemörsert und erneut im Ofen platziert. Der Ofen wird erneut auf 400 °C mit einer Aufheizrate von 4 °C/min aufgeheizt und nach fünf weiteren Tagen wird das Reaktionsgemenge auf eine Minimaltemperatur von 30 °C abgekühlt, gemörsert und auf 450 °C für weitere 14 Tage bei 450 °C im Fluorstrom getempert. Der zweite Leuchtstoff mit der Formel CaHfF6:Mn wird erhalten.
Herstellung des zweiten Leuchtstoffs gemäß dem Ausführungsbeispiel SrTiF6:Mn Eine stöchiometrische Zusammensetzung der Edukte Strontiumcarbonat (590,3 mg, 4 mmol), Titan(IV)-sulfid (443,0 mg, 3,96 mmol) und Mangan(II)-chlorid-Tetrahydrat (10,3 mg, 0,04 mmol) werden in einem Achatmörser innig vermengt und in ein Korundschiff gegeben. Dieses Korundschiff wird in einem, durch einen Rohrofen beheizbares, Korundrohr platziert, durch welches 10 ml/min 5 Vol.-% F2 in Argon geleitet wird. Die Zwischentemperatur wird auf 100 °C (5 °C/h) erhöht und diese Zwischentemperatur wird für 20 Stunden gehalten. Die stufenweise Erhöhung der Zwischentemperatur um je 100 °C (10 °C/h) und die Haltezeiten (10 Stunden) werden wiederholt, bis 300 °C erreicht sind.
Nach vier Tagen wird das Reaktionsgemenge auf eine Minimaltemperatur von 30 °C abgekühlt, das Reaktionsgemenge aus dem Ofen herausgenommen und in einer
Glaskohlenstoffschale gemörsert und erneut im Ofen platziert. Der Ofen wird erneut mit einer Aufheizrate von 4 °C/min auf 300 °C erhitzt und das Reaktionsgemenge erneut weitere 10 Tage mit einem Gasstrom aus 10 ml/min 5 Vol.-% F2 in Argon zur Reaktion gebracht. Der zweite Leuchtstoff mit der Formel SrTiF6:Mn wird erhalten.
Herstellung des zweiten Leuchtstoffs gemäß dem Ausführungsbeispiel ZnHfF6:Mn
Eine stöchiometrische Zusammensetzung der Edukte Zinkchlorid (135,1 mg, 1 mmol), Hafnium (IV)-oxid (200,5 mg, 0,95 mmol) und Mangan(II)-chlorid-Tetrahydrat (11,8 mg, 0,05 mmol) werden in einem Achatmörser innig vermengt und in ein Korundschiff gegeben. Dieses Korundschiff wird in einem, durch einen Rohrofen beheizbares, Korundrohr platziert, durch welches 10 Vol.-% F2 in Argon geleitet wird. Die Zwischentemperatur wird von 30 °C um 20 °C (0,33 °C/min) erhöht und diese Zwischentemperatur wird eine Stunde konstant gehalten. Die stufenweise Erhöhung der Zwischentemperatur und die Haltezeiten werden wiederholt, bis 370 °C erreicht sind. Nach zwei Tagen Haltezeit wird der Ofen auf eine Minimaltemperatur von 30 °C abgekühlt, das Reaktionsgemenge herausgenommen und in einer Glaskohlenstoffschale gemörsert und erneut im Ofen platziert. Der Ofen wird erneut auf 400 °C mit einer Aufheizrate von 4 °C/min aufgeheizt und das Reaktionsgemenge weitere vier Tage fluoriert, bevor dieses erneut auf 30 °C abgekühlt und gemörsert wird. Das Reaktionsgemenge wird erneut in den Ofen gestellt und mit 4 °C/min auf eine Maximaltemperatur von 450 °C erhitzt und das Reaktionsgemenge wird weitere vier Tage im Fluorstrom getempert. Der zweite Leuchtstoff mit der Formel ZnHfF6:Mn wird erhalten.
Figur 2a zeigt eine Auftragung der melanopischen Wirkungsfunktion smel . Hierbei ist die Wellenlänge λ in nm gegen die Intensität I in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Soll der melanopisch wirksame Anteil einer Strahlung bewertet werden, wird der Überlapp mit der melanopischen Wirkungsfunktion smel betrachtet.
In Figur 2b ist die melanopische Wirkungsfunktion smel im Vergleich zu dem Anregungsspektrum Al von CaZrF 6: Mn g ezeigt. Auch hier ist wieder die Wellenlänge λ in nm gegen die Intensität I in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Das Anregungsspektrum Al ist bei einer Emissionswellenlänge von 628 nm gemessen. Im Bereich von ca. 450 nm bis 550 nm ist ein großer Überlapp von Anregungsspektrum Al und melanopischer Wirkungsfunktion smel zu sehen, was an der ausgeprägten Absorptionsbande von CaZrF6:Mn im Bereich um 490 nm liegt. Wird also CaZrF6:Mn als zweiter Leuchtstoff in einem strahlungsemittierenden Bauelement 100 eingesetzt, absorbiert er effizient spektrale Anteile in genau dem Wellenlängenbereich, der eine besonders große melanopische Wirkung hat. Bei diesem Bereich handelt es sich um emittierte Strahlung des Halbleiterchips 10, sowie um den blaugrünen und/oder cyan-farbigen Anteil der durch den ersten Leuchtstoff konvertierten Strahlung.
Im Vergleich dazu ist der Vergleichsleuchtstoff KSF, der ebenfalls im roten Spektralbereich emittiert, bei Wellenlängen von ca. 450 nm anregbar, während die Absorption im Bereich um 490 nm gering ist. Das bedeutet, dass der Leuchtstoff KSF die blaugrünen und/oder cyan-farbigen Anteile der von dem Halbleiterchip 10 emittierten Strahlung und der von dem ersten Leuchtstoff emittierten Strahlung nicht oder nur in geringem Maße absorbiert. Dadurch hat ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem solchen rotes Licht emittierenden Vergleichsleuchtstoff einen hohen Anteil von Strahlung im blaugrünen bzw. cyan-farbigen Spektralbereich und hat somit eine sehr große melanopische Wirkung. Ein solches strahlungsemittierendes Bauelement mit einem zweiten Vergleichsleuchtstoff kann mit einem strahlungsemittierenden Bauelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Lichtquelle kombiniert werden. Wenn die beiden Bauelemente unabhängigen voneinander angesteuert werden können, kann somit der MDEF stufenlos eingestellt werden, ohne dass sich die Farbtemperatur oder der Farbwiedergabeindex ändern.
Die Figuren 3a und 3b zeigen simulierte Emissionsspektren von strahlungsemittierenden Bauelementen, die die genannten Eigenschaften noch weiter veranschaulichen. Auch hier ist jeweils wieder die Wellenlänge λ in nm gegen die Intensität I in willkürlichen Einheiten aufgetragen. In beiden Spektren ist zum Vergleich die melanopische Wirkungsfunktion smel aufgetragen, um die spektralen Unterschiede im relevanten Bereich von 450 nm bis 550 nm zu visualisieren.
Figur 3a zeigt das simulierte Spektrum L1/4000K eines Ausführungsbeispiels eines strahlungsemittierenden Bauelements 100 mit einem Halbleiterchip 10, dessen Dominanzwellenlänge λdom bei 455 nm liegt, und einem Konversionselement 20, das Lu3Al5O12:Ce alsers ten Leuchtstoff und CaZrF6:Mn als zweiten Leuchtstoff enthält, bei einer Farbtemperatur CCT von 4000 K. Weiterhin ist das Spektrum C/4000K eines Vergleichsbeispiels gezeigt, das anstelle von CaZrF6:Mn als zweiten Leuchtstoff KSF enthält.
Den simulierten Spektren L1/4000K und C/4000K kann entnommen bzw. daraus berechnet werden, dass sowohl das Ausführungsbeispiel als auch das Vergleichsbeispiel einen vergleichbaren Farbwiedergabeindex CRI von etwa 83 bis 84 haben, das strahlungsemittierende Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel jedoch einen erhöhten R9-Wert von 81 im Vergleich zu 25 im Vergleichsbeispiel aufweist. Weiterhin hat das strahlungsemittierende Bauelement gemäß dem Ausführungsbeispiel einen signifikant reduzierten MDEF-Wert von nur 0,544 statt 0,733 bei dem Vergleichsbeispiel, was eine Reduzierung um 26% bedeutet. Gleichzeitig zeigt das Ausführungsbeispiel einen höheren LER-Wert von 341 lm/W statt 314 lm/W bei dem Vergleichsbeispiel, was eine Erhöhung um 9% bedeutet.
Figur 3b zeigt das simulierte Spektrum L1/3000K des Ausführungsbeispiels wie es in Bezug auf Figur 3a beschrieben ist, aber bei einer Farbtemperatur CCT von 3000 K. Weiterhin ist das Spektrum C/3000K des Vergleichsbeispiels gezeigt, ebenfalls bei einer Farbtemperatur von 3000 K.
Den simulierten Spektren L1/3000K und C/3000K kann entnommen bzw. daraus berechnet werden, dass der Farbwiedergabeindex CRI und der R9-Wert des Ausführungsbeispiels gegenüber dem Vergleichsbeispiel erhöht sind. Weiterhin hat das strahlungsemittierende Bauelement 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel einen signifikant reduzierten MDEF-Wert von nur 0,423 statt 0,581 bei dem Vergleichsbeispiel, was eine Reduzierung um 27% bedeutet. Gleichzeitig zeigt das Ausführungsbeispiel einen höheren LER-Wert von 344 lm/W statt 318 lm/W bei dem Vergleichsbeispiel, was eine Erhöhung um 8% bedeutet.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse aus den Figuren 3a und 3b nochmals als Übersicht. Der erste Leuchtstoff ist hier als ,,G", der zweite Leuchtstoff als „R" benannt. Die dominante Wellenlänge des Halbleiterchips 10 wird in der Tabelle als λdom(B) bezeichnet. Weiterhin sind in der Tabelle die Werte der Koordinaten CIE x und CIE y mit aufgeführt.
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Tabelle 1
Aus den Figuren 3a und 3b kann somit geschlossen werden, dass mit der Kombination aus Halbleiterchip 10, einem Konversionselement 20 mit erstem und zweitem Leuchtstoff, der die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften aufweist, gegenüber einer Kombination aus Halbleiterchip 10, ersten Leuchtstoff und Vergleichsleuchtstoff bei gleichem CCT jeweils ein signifikant reduzierter MDEF-Wert kombiniert mit guter Farbwiedergabe und hohem LER erreicht werden kann. So ist der MDEF des Vergleichsbeispiels sogar bei der niedrigeren Farbtemperatur von 3000 K noch höher als der MDEF gemäß dem Ausführungsbeispiel bei einer höheren Farbtemperatur von 4000 K. So kann beispielsweise eine eher neutralweiße Beleuchtung bei 4000 K realisiert werden, die im Vergleich zu einer deutlich warmweißeren Beleuchtung bei 3000 K gemäß dem Vergleichsbeispiel einen reduzierten MDEF aufweist.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht einer Display-Vorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Display-Vorrichtung 200 enthält ein strahlungsemittierendes Bauelement 100 wie es bereits in Bezug auf Figur 1 beschrieben wurde. Weiterhin umfasst die Display-Vorrichtung 200 Farbfilter 50, welche das von dem strahlungsemittierenden Bauelement 100 emittierte weiße Licht in die Farbkanäle Rot, Grün und Blau für die jeweiligen Pixel der Display-Vorrichtung 200 trennen. Die Farbkanäle sind durch die gestrichelten Linien angedeutet.
In herkömmlichen Display-Vorrichtungen werden als strahlungsemittierende Bauelemente blaues Licht emittierende Halbleiterchips verwendet, die mit Konversionselementen kombiniert werden, die als grünes Licht emittierenden ersten Leuchtstoff ß-Sialon:Eu2+ und als rotes Licht emittierenden zweiten Leuchtstoff KSF enthalten. Je kurzwelliger der erste Leuchtstoff emittiert, desto mehr kann der Farbpunkt des gefilterten grünen Farbkanals in Richtung geringerer Dominanzwellenlänge, also weniger gelbliches grün, verschoben werden. Ein Übersprechen der Leuchtstoffemission aus einem Farbkanal in einen benachbarten Farbkanal soll dabei nicht stattfinden. Ein spektral zu breiter oder zu stark in Richtung kurzwelliger Emission verschobener grünes Licht emittierender erster Leuchtstoff kann Emissionsbeiträge im Emissionsspektrum des strahlungsemittierenden Bauelements liefern, die im Durchlassbereich des blauen Farbkanals liegen. Dadurch kann der Farbort des blauen Farbkanals in Richtung Cyan verschoben werden, wodurch der Gesamtumfang der darstellbaren Farben wiederum reduziert wird.
Dieser Effekt wird in Figur 5 illustriert. Figur 5a zeigt eine Simulation der Abhängigkeit des erreichten Farbraumüberlapps 0(DCI P3) (in %) eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Vergleichsbeispiel mit dem Farbraum DCI P3 von der spektralen Verschiebung SG in nm der Peakwellenlänge von ß-Sialon. In dem Vergleichsbeispiel ist ein blaues Licht emittierender Halbleiterchip 10 mit den Leuchtstoffen ß-Sialon und KSF kombiniert. Die emittierte Wellenlänge des Halbleiterchips 10, des KSF und der Gesamtfarbort des strahlungsemittierenden Bauelements sowie die Filterkurven wurden in allen Fällen konstant gehalten. Es ist zu erkennen, dass eine kurzwellige Verschiebung der Peakwellenlänge des ß-Sialon zu einer Verringerung des Überlapps mit dem Farbraum DCI P3 führt. Figur 5b zeigt diesen Zusammenhang nochmal in Abhängigkeit der CIE-Koordinaten CIE x und CIE y. Der Farbraum DCI P3 ist mit durchgezogener Linie dargestellt. Der Farbraum der mit einem ß-Sialon ohne Verschiebung (SG = 0 nm) erreicht wird, ist durch die gestrichelte Linie dargestellt und der Farbraum, der mit einem ß-Sialon mit einer Verschiebung SG = 20 nm erreicht wird, mit einer gepunkteten Linie. Es ist zu erkennen, dass die kurzwellige Verschiebung der Peakwellenlänge des ß-Sialon nicht zu einer besseren Darstellung der Grüntöne führt. Zudem verschiebt sich auch der Farbort des gefilterten blauen Farbkanals in Richtung Cyan, so dass auch Blautöne weniger gut dargestellt werden können.
Im Gegensatz dazu kann mit einem strahlungsemittierenden Bauelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, dass als zweiten Leuchtstoff einen oben beschriebenen Leuchtstoff, beispielsweise CaZrF6:Mn, enthält, bei kurzwelliger Verschiebung SG des der Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs ß-Sialon sogar eine erhöhte Farbraumabdeckung erzielt werden.
Das wird beispielsweise in Figur 6a gezeigt. Diese entspricht im Wesentlichen der Figur 5a, allerdings ist sind hier noch die Werte für ein strahlungsemittierendes Bauelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit angegeben (dargestellt durch schwarze Vierecke). Das Ausführungsbeispiel und das Vergleichsbeispiel (dargestellt durch schwarze Kreise) unterscheiden sich lediglich durch ihren zweiten Leuchtstoff, der im Vergleichsbeispiel KSF ist und im Ausführungsbeispiel CaZrF6:Mn. Auch hier wurden wieder die Emissionswellenlänge des Halbleiterchips 10, der Emission des zweiten Leuchtstoffs und der Gesamtfarbort des strahlungsemittierenden Bauelements 100 sowie die Filterkurven konstant gehalten.
Die aus Figur 6a erkennbare Verbesserung der Farbraumabdeckung lässt sich zurückführen auf eine höhere Farbreinheit im gefilterten grünen Farbkanal. Auch der gefilterte blaue Farbkanal verschiebt sich nicht in Richtung Cyan.
Figur 6b stellt den Zusammenhang aus Figur 6a nochmals in Abhängigkeit der CIE-Koordinaten CIE x und CIE y dar. Die durchgezogene Linie beschreibt den DCI P3 Farbraum, die gestrichelte Linie den Farbraum des Ausführungsbeispiels ohne Verschiebung (SG = 0 nm) und die gepunktete Linie den Farbraum des Ausführungsbeispiels mit einer Verschiebung SG von 20 nm. Es ist zu erkennen, dass sich der Farbraum durch die Verschiebung SG gegenüber DCI P3 sogar vergrößert.
Der positive Effekt des Ausführungsbeispiels ist zurückzuführen auf die spezielle Eigenschaftskombination des eingesetzten zweiten Leuchtstoffs in Kombination mit dem eingesetzten ersten Leuchtstoff und des eingesetzten Halbleiterchips 10. Spektrale Anteile im Bereich von etwa 470 nm bis 510 nm, welche ein Übersprechen des blauen Farbkanals in den grünen Farbkanal bzw. ein Übersprechen des grünen Farbkanals in den blauen Farbkanal hervorrufen würden, werden von dem zweiten Leuchtstoff absorbiert und in rotes Licht umgewandelt. Der Farbort der Emission des zweiten Leuchtstoffs ist vorteilhaft so gewählt, dass eine hohe Farbreinheit auch im gefilterten roten Farbkanal erreicht wird. Figur 7 zeigt die Abhängigkeit der spektralen Effizienz LER in lm/W des emittierten Spektrums des strahlungsemittierenden Bauelements 100 von der Verschiebung SG in nm der Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs. Die schwarzen Vierecke sind die Werte für das Ausführungsbeispiel mit CaZrF6:Mn als zweitem Leuchtstoff, die schwarzen Kreise sind die Werte für das Vergleichsbeispiel mit KSF als zweitem Leuchtstoff. Die Emission des Halbleiterchips 10, des zweiten Leuchtstoffs und der Gesamtfarbort des strahlungsemittierenden Bauelements 100 sowie die Filterkurven wurden konstant gehalten. Es ist zu erkennen, dass eine kurzwellige Verschiebung der Emission des ersten Leuchtstoffs ß-Sialon auch eine Auswirkung auf die spektrale Effizienz hat, wobei die spektrale Effizienz des Ausführungsbeispiels jeweils höher ist. Die oben beschriebenen positiven Effekte auf die Farbraumabdeckung gehen somit einher mit einer erhöhten spektralen Effizienz LER des strahlungsemittierenden Bauelements 100.
Tabelle 2 zeigt dazu noch ermittelte Farbortkoordinaten von verschiedenen Spektren/Kombinationen von Leuchtstoffen nach Filterung, den Überlapp 0 mit den jeweiligen Farbraumkoordinaten in Abhängigkeit der Verschiebung SG für das Ausführungsbeispiel mit einem Halbleiterchip, der eine Dominanzwellenlänge λdom (B) von 455 nm hat, einem ß-Sialon als ersten Leuchtstoff (G) und CaZrF6:Mn als zweiten Leuchtstoff (R) und das Vergleichsbeispiel mit einem Halbleiterchip, der eine Dominanzwellenlänge λdom (B) von 455 nm hat, einem ß- Sialon als ersten Leuchtstoff (G) und mit KSF als zweitem Leuchtstoff (R). Für die Simulation wurden alle Spektren eingestellt auf CIE x = 0,278 und CIE y = 0,260 (vor der Filterung) . Zur Ermittlung des Überlapps O wurden Standard- Farbfilterkurven für High-Color-Gamut-Displays auf die Spektren angewendet und die gefilterten Farbortkoordinaten der jeweiligen Farben (Rf , Bf und Gf ) ermittelt. Schließlich ist auch die jeweilige spektrale Effizienz LER in Tabelle 2 angegeben.
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Tabelle 2
Figur 8 zeigt das simulierte Emissionsspektrum des Ausführungsbeispiels mit einem Halbleiterchip, der eine Dominanzwellenlänge λdom (B) von 455 nm hat, einem ß-Sialon als ersten Leuchtstoff und CaZrF6:Mn als zweiten Leuchtstoff mit dem Farbort CIE x = 0, 278 und CIE y = 0,260.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
10 Halbleiterchip 20 Konversionselement 30 Gehäuse 40 Verguss 50 Farbfilter
100 Strahlungsemittierendes Bauelement 200 Display-Vorrichtung smel Melanopische Wirkungsfunktion Al Anregungsspektrum von CaZrF6:Mn
L1/4000K Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden
Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel
C/4000K Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden
Bauelements gemäß einem Vergleichsbeispiel
L1/3000K Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden
Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel
C/3000K Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden
Bauelements gemäß einem Vergleichsbeispiel

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) mit
- einem Halbleiterchip (10), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- einem Konversionselement (20), das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt.
2. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß dem vorhergehenden Anpsruch wobei der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum aufweist, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 10 nm aufweist.
3. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anregungsspektrum des zweiten Leuchtstoffs in dem Bereich zwischen einschließlich 470 nm bis 510 nm ein Maximum aufweist.
4. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Emissionsmaximum des zweiten Leuchtstoffs im Bereich zwischen einschließlich 620 nm und einschließlich 635 nm liegt.
5. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Leuchtstoff zumindest teilweise elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs umwandelt.
6. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Leuchtstoff die allgemeine Formel AzEeX6 :RE aufweist, wobei
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente,
- E ausgewählt ist aus der Gruppe der vierwertigen Elemente,
- X ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Elemente,
- RE ausgewählt ist aus Aktivator-Elementen,
- 0,9 ≤ z ≤ 1,1 und
- 0,9 ≤ e ≤ 1,1.
7. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- A ausgewählt ist aus Ca, Sr, Ba, Zn, Mg oder Kombinationen daraus
- E ausgewählt ist aus Hf, Ti, Zr, Pb oder Kombinationen daraus,
- X ausgewählt ist aus F, CI, Br, I oder Kombinationen daraus, und
- RE ausgewählt ist aus Mn, Cr, Ni oder Kombinationen daraus.
8. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Leuchtstoff ausgewählt ist aus CaHfF6:Mn, CaZrF6:Mn, SrTiF6:Mn, ZnHfF6:Mn und Kombinationen daraus.
9. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (10) ein Emissionsspektrum mit einer Dominanzwellenlänge λdom aufweist, die kleiner oder gleich 460 nm ist.
10. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, welches ein Maximum im Bereich zwischen einschließlich 445 nm und einschließlich 455 nm aufweist.
11. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leuchtstoff ein Emissionsspektrum in dem Bereich 500 nm bis 580 nm aufweist.
12. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Emissionspeak des Emissionsspektrums des ersten Leuchtstoffs eine Halbwertsbreite von kleiner oder gleich 50 nm aufweist.
13. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leuchtstoff ausgewählt ist aus Granaten, ß-Sialonen, Orthosilikaten und Kombinationen daraus.
14. Lichtquelle aufweisend ein erstes strahlungsemittierendes Bauelement (100) mit
- einem Halbleiterchip (10), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- einem Konversionselement (20), das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt.
15. Lichtquelle gemäß dem vorhergehenden Anpsruch, wobei der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum aufweist, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 10 nm aufweist.
16. Lichtquelle gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei der erste Leuchtstoff ausgewählt ist aus (Y,Lu)3AI5O12 :Ce,
Y3 (Al,Ga)5O12 :Ce und Kombinationen davon.
17. Lichtquelle gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, weiterhin aufweisend ein zweites strahlungsemittierendes Bauelement, aufweisend
- einen Halbleiterchip (100), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- ein Konversionselement, das einen dritten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen vierten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der vierte Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das bei kürzeren Wellenlängen liegt als das Maximum des Anregungsspektrums des zweiten Leuchtstoffs.
18. Lichtquelle gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste (100) und das zweite strahlungsemittierende Bauelement unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
19. Display-Vorrichtung aufweisend ein strahlungsemittierendes Bauelement (100), mit
- einem Halbleiterchip (10), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs im blauen Spektralbereich aussendet, und
- einem Konversionselement (20), das einen ersten Leuchtstoff aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs im grünen Spektralbereich umwandelt, und das einen zweiten Leuchtstoff aufweist, der zumindest elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs im roten Spektralbereich umwandelt, wobei der zweite Leuchtstoff ein Anregungsspektrum aufweist, das ein Maximum umfasst, das zwischen einschließlich 430 nm und einschließlich 550 nm liegt, weiterhin aufweisend mindestens einen Farbfilter (50).
20. Display-Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei, wobei der zweite Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum aufweist, das eine Halbwertsbreite zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 10 nm aufweist.
PCT/EP2021/058570 2020-04-09 2021-04-01 Strahlungsemittierendes bauelement, lichtquelle und display-vorrichtung WO2021204650A1 (de)

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