DE102010012040A1 - Conversion element for optoelectronic semiconductor chip for optoelectronic semiconductor device, has matrix material that is embedded with phosphors provided in the form of particles with specific emission wavelengths - Google Patents

Abstract

The conversion element (K) has a matrix material (3) that is embedded with phosphors (1,2) provided in the form of particles. The emission wavelength of phosphor (1) is 515-545 Nm, and emission wavelength of the phosphor (2) is 605-630 Nm. An independent claim is included for optoelectronic semiconductor device.

Description

Translated fromGerman

Es wird ein Konversionselement angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.A conversion element is specified. In addition, an optoelectronic semiconductor device is specified.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement anzugeben, das effizient Strahlung in einem großen Farbortbereich emittiert. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einem solchen Konversionselement anzugeben.An object to be solved is to specify a conversion element that efficiently emits radiation in a large range of color coordinates. Another object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component with such a conversion element.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist dieses einen ersten Leuchtstoff auf, der eine erste Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 515 nm und 545 nm aufweist. Bevorzugt liegt die erste Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 520 nm und 540 nm, insbesondere bei zirka 525 nm. Emissionswellenlänge ist hierbei diejenige Wellenlänge, bei der der Leuchtstoff eine maximale, spektrale Intensität emittiert. Mit anderen Worten ist die Emissionswellenlänge die Peak-Wavelength in einem Emissionsspektrum.According to at least one embodiment of the conversion element, the latter has a first phosphor which has a first emission wavelength of between 515 nm and 545 nm inclusive. The first emission wavelength is preferably between 520 nm and 540 nm, in particular at approximately 525 nm. The emission wavelength here is the wavelength at which the phosphor emits a maximum spectral intensity. In other words, the emission wavelength is the peak wavelength in an emission spectrum.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements umfasst dieses einen zweiten Leuchtstoff, der eine zweite Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 605 nm und 630 nm aufweist. Bevorzugt liegt die zweite Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 613 nm und 623 nm, insbesondere um zirka 618 nm.According to at least one embodiment of the conversion element, this comprises a second phosphor having a second emission wavelength between 605 nm and 630 nm inclusive. Preferably, the second emission wavelength is between 613 nm and 623 nm, in particular around 618 nm.

Der erste Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff sind jeweils dazu eingerichtet, Strahlung in einem Wellenlängenbereich zu absorbieren und diese absorbierte Strahlung in eine Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich umzuwandeln. Die von den Leuchtstoffen zu absorbierende Strahlung liegt insbesondere im nahen ultravioletten und/oder im blauen Spektralbereich, zum Beispiel zwischen einschließlich 430 nm und 460 nm.The first phosphor and the second phosphor are each adapted to absorb radiation in a wavelength range and to convert this absorbed radiation into radiation in another wavelength range. The radiation to be absorbed by the phosphors is in particular in the near ultraviolet and / or in the blue spectral range, for example between 430 nm and 460 nm inclusive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist dieses für einen optoelektronischen Halbleiterchip vorgesehen. Insbesondere ist das Konversionselement dazu eingerichtet, den thermischen Belastungen, die beispielsweise in unmittelbarer Nähe zu einem optoelektronischen Halbleiterchip auftreten, standzuhalten. Weiterhin weist das Konversionselement bevorzugt eine Lebensdauer auf, die mit der eines optoelektronischen Halbleiterchips vergleichbar ist.According to at least one embodiment of the conversion element, this is provided for an optoelectronic semiconductor chip. In particular, the conversion element is set up to withstand the thermal loads that occur, for example, in the immediate vicinity of an optoelectronic semiconductor chip. Furthermore, the conversion element preferably has a lifetime that is comparable to that of an optoelectronic semiconductor chip.

In mindestens einer Ausführungsform des Konversionselements ist dieses für einen optoelektronischen Halbleiterchip vorgesehen und weist einen ersten Leuchtstoff auf, der eine erste Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 515 nm und 545 nm aufzeigt. Ferner beinhaltet das Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff mit einer zweiten Emissionswellenlänge, die zwischen einschließlich 605 nm und 630 nm liegt.In at least one embodiment of the conversion element, this is provided for an optoelectronic semiconductor chip and has a first phosphor which exhibits a first emission wavelength of between 515 nm and 545 nm inclusive. Further, the conversion element includes a second phosphor having a second emission wavelength that is between 605 nm and 630 nm inclusive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist der erste Leuchtstoff eine Linienbreite zwischen einschließlich 45 nm und 85 nm, insbesondere zwischen einschließlich 55 nm und 75 nm oder zwischen einschließlich 60 nm und 70 nm auf. Unter Linienbreite ist hierbei die volle Breite des emittierten Spektrums auf halber Höhe, englisch Full Width at half Maximum, kurz FWHM, zu verstehen. Mit anderen Worten emittiert der erste Leuchtstoff vergleichsweise schmalbandig Strahlung.According to at least one embodiment of the conversion element, the first phosphor has a line width of between 45 nm and 85 nm inclusive, in particular between 55 nm and 75 nm inclusive, or between 60 nm and 70 nm inclusive. Line width here means the full width of the emitted half-height spectrum, English Full Width at Half Maximum, or FWHM for short. In other words, the first phosphor emits relatively narrow band radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist der zweite Leuchtstoff eine Linienbreite zwischen einschließlich 70 nm und 110 nm auf, insbesondere zwischen einschließlich 85 nm und 100 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 90 nm und 95 nm.According to at least one embodiment of the conversion element, the second phosphor has a line width of between 70 nm and 110 nm inclusive, in particular between 85 nm and 100 nm inclusive, preferably between 90 nm and 95 nm inclusive.

Herkömmliche Konversionselemente können einen ersten Leuchtstoff aufweisen, der mit einer Linienbreite von beispielsweise zirka 100 nm bis 110 nm spektral breitbandig emittiert und eine Emissionswellenlänge im Bereich um 535 nm aufweist. Außerdem können diese Konversionselemente einen zweiten Leuchtstoff aufweisen, der ebenfalls vergleichsweise spektral breitbandig mit einer Linienbreite von beispielsweise zirka 100 nm Strahlung emittiert und eine Emissionswellenlänge von ungefähr 650 nm aufweist.Conventional conversion elements can have a first phosphor which emits spectrally broadband with a line width of, for example, approximately 100 nm to 110 nm and has an emission wavelength in the range around 535 nm. In addition, these conversion elements can have a second phosphor, which likewise emits relatively spectrally broadband with a linewidth of, for example, approximately 100 nm radiation and has an emission wavelength of approximately 650 nm.

Dadurch, dass bei herkömmlichen Konversionselementen die Emissionswellenlänge des ersten Leuchtstoffs vergleichsweise weit im blauen Spektralbereich liegen kann und die Emissionswellenlänge des zweiten Leuchtstoffs vergleichsweise weit im roten Spektralbereich, ist eine Effizienz eines solchen herkömmlichen Konversionselements relativ gering. Insbesondere durch die Verwendung eines kurzwelliger emittierenden zweiten Leuchtstoffs bei einem hier beschriebenen Konversionselement erscheint das emittierte Licht für das menschliche Auge heller. Durch den im Vergleich zu einem herkömmlichen Konversionselement langwelliger emittierenden ersten Leuchtstoff sind bei einem hier beschriebenen Konversionselement zudem Verluste bei der Umwandlung einer Pumpwellenlänge in die emittierte Strahlung reduzierbar.The fact that in conventional conversion elements, the emission wavelength of the first phosphor can be comparatively far in the blue spectral range and the emission wavelength of the second phosphor comparatively far in the red spectral range, an efficiency of such a conventional conversion element is relatively low. In particular, by using a short-wavelength emitting second phosphor in a conversion element described here, the emitted light appears brighter to the human eye. In addition, losses in the conversion of a pump wavelength into the emitted radiation can be reduced in the case of a conversion element described here in comparison to a conventional conversion element with a long-wavelength emitting first phosphor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements basiert der erste Leuchtstoff auf einem Orthosilikat, einem Siliziumoxinitrid und/oder einem Nitrido-Orthosilikat.According to at least one embodiment of the conversion element, the first phosphor is based on an orthosilicate, a silicon oxynitride and / or a nitrido-orthosilicate.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist der erste Leuchtstoff und/oder der zweite Leuchtstoff mindestens ein Element aus der ersten Hauptgruppe des Periodensystems oder der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems sowie mindestens ein weiteres Element aus der Gruppe der seltenen Erden des Periodensystems auf. Weiterhin basiert der zweite Leuchtstoff bevorzugt auf einem Nitrid oder einem Siliziumnitrid.In accordance with at least one embodiment of the conversion element, the first phosphor has and / or the second phosphor at least one element from the first main group of the periodic system or the second main group of the periodic table and at least one further element from the group of rare earths of the periodic table. Furthermore, the second phosphor is preferably based on a nitride or a silicon nitride.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements beträgt ein Gewichtsanteil des ersten Leuchtstoffs zwischen einschließlich einem 1,5-Fachen und einem 8,0-Fachen eines Gewichtsanteils des zweiten Leuchtstoffs. Mit anderen Worten ist ein Gewichtsanteil des ersten Leuchtstoffs größer als ein Gewichtsanteil des zweiten Leuchtstoffs. Insbesondere beträgt der Gewichtsanteil des ersten Leuchtstoffs zwischen einschließlich einem 2,0-Fachen und einem 6,0-Fachen oder zwischen einschließlich einem 2,0-Fachen und einem 4,0-Fachen des Gewichtsanteils des zweiten Leuchtstoffs.According to at least one embodiment of the conversion element, a weight fraction of the first phosphor is between 1.5 times and 8.0 times a weight fraction of the second phosphor. In other words, a weight fraction of the first phosphor is greater than a weight fraction of the second phosphor. Specifically, the weight ratio of the first phosphor is between 2.0 times and 6.0 times or between 2.0 times and 4.0 times the weight ratio of the second phosphor, respectively.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die Leuchtstoffe in ein Matrixmaterial des Konversionselements eingebettet. Ein Gewichtsanteil von erstem und zweitem Leuchtstoff zusammen genommen, bezogen auf das ganze Konversionselement inklusive Matrixmaterial, liegt dann bevorzugt entweder zwischen einschließlich 5% und 20% oder zwischen einschließlich 50% und 80%.According to at least one embodiment of the conversion element, the phosphors are embedded in a matrix material of the conversion element. A weight proportion of the first and second phosphor taken together, based on the entire conversion element including matrix material, is then preferably either between 5% and 20% inclusive or between 50% and 80% inclusive.

Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauteil kann ein Konversionselement beinhalten, wie es in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben ist. Merkmale des Konversionselements sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.In addition, an optoelectronic semiconductor device is specified. The optoelectronic semiconductor device may include a conversion element as stated in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Features of the conversion element are therefore also disclosed for the optoelectronic semiconductor device and vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses wenigstens einen optoelektronischen Halbleiterchip, der dazu eingerichtet ist, im Betrieb eine Primärstrahlung mit einer dominanten Wellenlänge zwischen einschließlich 400 nm und 480 nm oder zwischen einschließlich 440 nm und 465 nm, insbesondere zwischen einschließlich 440 nm und 455 nm, bevorzugt zwischen einschließlich 443 nm und 453 nm zu emittieren.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, this comprises at least one optoelectronic semiconductor chip which is set up in operation for primary radiation having a dominant wavelength of between 400 nm and 480 nm or between 440 nm and 465 nm inclusive, in particular between 440 nm and 455 nm inclusive , preferably between 443 nm and 453 nm inclusive to emit.

Die dominante Wellenlänge ist hierbei die farbgleiche Wellenlänge, die eine Strahlung des Halbleiterchips für das menschliche Auge aufweist. Die dominante Wellenlänge wird auch als empfundene Wellenlänge bezeichnet. Für mindestens teilweise im blauen Spektralbereich emittierende Halbleiterchips, die nahe dem ultravioletten Spektralbereich Strahlung erzeugen, liegt die dominante Wellenlänge im Regelfall bei größeren Wellenlänge als eine Peakwellenlänge, also einer Emissionswellenlänge des Halbleiterchips, bei der dieser eine maximale spektrale Energiedichte emittiert.The dominant wavelength here is the color of the same wavelength, which has a radiation of the semiconductor chip to the human eye. The dominant wavelength is also referred to as perceived wavelength. For semiconductor chips emitting at least partially in the blue spectral range, which generate radiation near the ultraviolet spectral range, the dominant wavelength is generally at a longer wavelength than a peak wavelength, ie an emission wavelength of the semiconductor chip in which it emits a maximum spectral energy density.

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist dieses einen optoelektronischen Halbleiterchip und ein Konversionselement auf. Das Konversionselement umfasst einen ersten Leuchtstoff, der eine erste Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 515 nm und 545 nm aufweist sowie einen zweiten Leuchtstoff, der eine zweite Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 605 nm und 630 nm aufweist. Der Halbleiterchip ist ferner dazu eingerichtet, eine Primärstrahlung mit einer dominanten Wellenlänge zwischen einschließlich 440 nm und 465 nm zu emittieren.In at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the latter has an optoelectronic semiconductor chip and a conversion element. The conversion element comprises a first phosphor having a first emission wavelength of between 515 nm and 545 nm, and a second phosphor having a second emission wavelength of between 605 nm and 630 nm inclusive. The semiconductor chip is further configured to emit primary radiation having a dominant wavelength between 440 nm and 465 nm inclusive.

Bei einem solchen optoelektronischen Halbleiterbauteil ist eine Effizienz, im Vergleich zu einem Konversionselement mit Leuchtstoffen, die Emissionswellenlängen um 435 nm und um 650 nm aufweisen, um beispielsweise mindestens 5% steigerbar.In such an optoelectronic semiconductor device, an efficiency, as compared to a conversion element with phosphors having emission wavelengths around 435 nm and around 650 nm, can be increased by, for example, at least 5%.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Konversionselement sowie ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Hereinafter, a conversion element described here as well as an optoelectronic semiconductor device described here will be explained in more detail with reference to the drawings with reference to exemplary embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements can be shown exaggerated for better understanding.

Es zeigen:Show it:

1 und3 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen mit hier beschriebenen Konversionselementen, und 1 and 3 schematic representations of embodiments of optoelectronic semiconductor devices described herein with conversion elements described herein, and

2,4 und5 schematische Darstellungen von Effizienzen, Farborten und Farbortbereichen von hier beschriebenen Konversionselementen und hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen. 2 . 4 and 5 schematic illustrations of efficiencies, color loci and color loci of conversion elements described herein and optoelectronic semiconductor devices described herein.

In1A ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils10 schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigt. Ein optoelektronischer Halbleiterchip6 ist an einem Gehäusegrundkörper7 elektrisch und mechanisch montiert. Elektrische Anschlüsse des Halbleiterchips6 sind in den Abbildungen nicht dargestellt. Der Halbleiterchip6 befindet sich in einer Ausnehmung des Gehäusegrundkörpers7. Die Ausnehmung ist mit einem Konversionselement K, das als Vergusskörper4 gestaltet ist, ausgefüllt. Eine dem Gehäusegrundkörper7 abgewandte Hauptseite60 des Halbleiterchips6 steht in unmittelbarem Kontakt mit dem Konversionselement K.In 1A is an embodiment of anoptoelectronic semiconductor device 10 shown schematically in a sectional view. Anoptoelectronic semiconductor chip 6 is on ahousing base 7 electrically and mechanically mounted. Electrical connections of thesemiconductor chip 6 are not shown in the figures. Thesemiconductor chip 6 is located in a recess of thehousing body 7 , The recess is with a conversion element K, as apotting 4 designed, filled out. A housingbasic body 7 oppositemain page 60 of thesemiconductor chip 6 is in direct contact with the conversion element K.

Das Konversionselement K weist ein Matrixmaterial3 auf, in das Partikel eines ersten Leuchtstoffs1 und Partikel eines zweiten Leuchtstoffs2 homogen verteilt eingebettet sind. Bei dem Matrixmaterial3 handelt es sich bevorzugt um ein Silikon, um ein Epoxid oder um ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial. Die Partikel, in denen der erste Leuchtstoff1 und der zweite Leuchtstoff2 vorliegen, weisen bevorzugt mittlere Durchmesser zwischen einschließlich 1 μm und 50 μm, insbesondere zwischen einschließlich 2 μm und 25 μm auf. Bei dem mittleren Durchmesser kann es sich um einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser handeln, insbesondere um die Angabe eines d₅₀-Durchmessers, gemessen in Q₀. Bei der Durchmesserangabe d₅₀ über Q₀ handelt es sich um eine standardisierte Angabe der Partikeldurchmesser. The conversion element K has a matrix material 3 on, in the particle of afirst phosphor 1 and particles of a second phosphor 2 are embedded homogeneously distributed. In the matrix material 3 it is preferably a silicone, an epoxy or a silicone-epoxy hybrid material. The particles in which thefirst phosphor 1 and the second phosphor 2 are present, preferably have mean diameters of between 1 .mu.m and 50 .mu.m, in particular between 2 .mu.m and 25 .mu.m. The mean diameter may be an average particle diameter, in particular the specification of a d₅₀ diameter, measured in Q₀ . The diameter specification d₅₀ over Q₀ is a standardized indication of the particle diameter.

Bei dem ersten Leuchtstoff handelt es sich bevorzugt um (Ba_x, Sr_1-x)₂SiO₄:Eu²⁺. x liegt hierbei bevorzugt zwischen einschließlich 0,25 und 1,0. Insbesondere ist eine Anzahl der Barium-Atome um zirka einen Faktor 3 höher als die Anzahl der Strontium-Atome. Ein Anteil von Barium-Atomen und Strontium-Atomen, der durch Europium ersetzt ist, liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,05% und 20%. Mit anderen Worten sind zwischen einschließlich 0,05% und 20% der Gitterplätze von Barium und Strontium, bezogen auf (Ba, Sr)₂SiO₄, mit Europium besetzt.The first phosphor is preferably (Ba_x , Sr_1-x )₂ SiO₄ : Eu²⁺ . x is preferably between 0.25 and 1.0 inclusive. In particular, a number of barium atoms is about a factor of 3 higher than the number of strontium atoms. A proportion of barium atoms and strontium atoms replaced by europium is preferably between 0.05% and 20% inclusive. In other words, between 0.05% and 20% of the lattice sites of barium and strontium, based on (Ba, Sr)₂ SiO₄ , are occupied by europium.

Bei dem zweiten Leuchtstoff2 handelt sich beispielsweise um (Ba, Sr_1-x)₂Si₅N₈:Eu²⁺. x liegt hierbei bevorzugt zwischen einschließlich 0 und 0,6. Es sind weiterhin bevorzugt zwischen einschließlich 0,05% und 20% der Barium-Atome und der Strontium-Atome durch Europium substituiert.In the second phosphor 2 is, for example, (Ba, Sr_1-x )₂ Si₅ N₈ : Eu²⁺ . x is preferably between 0 and 0.6 inclusive. It is further preferably between 0.05% and 20% of the barium atoms and the strontium atoms substituted by europium.

Ein Gewichtsanteil des ersten Leuchtstoffs1 an dem gesamten Konversionselement K beträgt bevorzugt zwischen einschließlich dem 1,5-Fachen und dem 4,0-Fachen eines Gewichtsanteils des zweiten Leuchtstoffs2. Eine Dicke des Konversionselements K, in einer Richtung senkrecht zur Hauptseite60 des Halbleiterchips6, liegt insbesondere zwischen einschließlich 300 μm und 700 μm, wobei ein Gewichtsanteil von erstem Leuchtstoff1 und zweitem Leuchtstoff2 zusammen genommen zwischen einschließlich 5% und 20% liegt, bezogen auf das gesamte Konversionselement K.A weight fraction of thefirst phosphor 1 to the entire conversion element K is preferably between 1.5 times and 4.0 times a weight fraction of the second phosphor 2 , A thickness of the conversion element K, in a direction perpendicular to themain side 60 of thesemiconductor chip 6 , lies in particular between 300 microns and 700 microns, with a weight fraction of thefirst phosphor 1 and second phosphor 2 taken together between 5% and 20%, based on the entire conversion element K.

Wie auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen emittiert das Halbleiterbauteil10 bevorzugt weißes Licht oder blau-weißes Licht. Insbesondere beträgt eine korrelierte Farbtemperatur der vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung mindestens 7500 K oder mindestens 8000 K. Ein Farbort der emittierten Strahlung liegt, bezogen auf die CIE-Normfarbtafel, insbesondere bei dem Farbort mit c_x = 0,27 und c_y = 0,24, mit einer Toleranz von jeweils bevorzugt höchstens 0,02, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 0,005.As with all other embodiments, the semiconductor device emits 10 preferably white light or blue-white light. In particular, a correlated color temperature of the radiation emitted by the semiconductor component is at least 7500 K or at least 8000 K. A color locus of the emitted radiation, based on the CIE standard color chart, is in particular at the color locus with c_x = 0.27 and c_y = 0.24 , with a tolerance of in each case preferably not more than 0.02, in particular with a tolerance of at most 0.005.

In den weiteren Abbildungen ist das Konversionselement K nur noch schematisch dargestellt, ohne dass das Matrixmaterial3, der erste Leuchtstoff1 sowie der zweite Leuchtstoff2 explizit dargestellt sind.In the other figures, the conversion element K is shown only schematically, without the matrix material 3 , thefirst fluorescent 1 and the second phosphor 2 are shown explicitly.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils10 ist in1B dargestellt. Hiernach weist das als Vergusskörper4 gebildete Konversionselement K, das den Halbleiterchip6 stellenweise unmittelbar umgibt, die Form einer Linse, insbesondere einer Sammellinse, auf. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass eine Konzentration der Leuchtstoffe nicht über das gesamte Konversionselement K hinweg konstant ist. Beispielsweise ist eine Konzentration in Bereichen über der Hauptseite60 des Halbleiterchips6 erhöht, im Vergleich zu Bereichen des Konversionselements K, die neben dem Halbleiterchip6 liegen.Another embodiment of thesemiconductor device 10 is in 1B shown. After that, this has as potting 4 formed conversion element K, which is thesemiconductor chip 6 In places immediately surrounding, the shape of a lens, in particular a converging lens on. As in all other embodiments, it is possible that a concentration of the phosphors is not constant over the entire conversion element K away. For example, a concentration is in areas above themain page 60 of thesemiconductor chip 6 increased, compared to areas of the conversion element K, in addition to thesemiconductor chip 6 lie.

Der Halbleiterchip6 gemäß1A und1B emittiert Strahlung mit einer dominanten Wellenlänge zwischen einschließlich 445 nm und 450 nm, bei einer Strahlungsleistung von zirka 82 mW. Eine Emissionswellenlänge des Halbleiterchips6 liegt bei zirka 445 nm bis 450 nm.Thesemiconductor chip 6 according to 1A and 1B emits radiation with a dominant wavelength between 445 nm and 450 nm inclusive, with a radiation power of approximately 82 mW. An emission wavelength of thesemiconductor chip 6 is about 445 nm to 450 nm.

In2A ist eine Gamutüberdeckung G_C und in2B eine Effizienz E, angegeben in Lumen pro Watt elektrischer Leistung, illustriert. Verglichen ist hierbei ein herkömmliches Konversionselement K_PA mit einem ersten Leuchtstoff, der eine Emissionswellenlänge von zirka 535 nm aufweist und einen zweiten Leuchtstoff mit einer Emissionswellenlänge von zirka 650 nm, gegenüber dem Konversionselement K gemäß1 mit dem ersten Leuchtstoff1 bei einer Emissionswellenlänge von zirka 525 nm und dem zweiten Leuchtstoff2 mit einer Emissionswellenlänge von zirka 618 nm.In 2A is a gamut overlap G_C and in 2 B an efficiency E, expressed in lumens per watt of electrical power, illustrated. This is compared to a conventional conversion element K_PA with a first phosphor having an emission wavelength of approximately 535 nm and a second phosphor having an emission wavelength of approximately 650 nm, compared to the conversion element K according to FIG 1 with thefirst phosphor 1 at an emission wavelength of about 525 nm and the second phosphor 2 with an emission wavelength of approximately 618 nm.

In2A ist die Gamutüberdeckung G_C der von dem Halbleiterbauteil10 erzeugten Strahlung in Prozent angegeben, bezogen auf den NTSC-Standard, wie beispielsweise für Fernsehgeräte verwendet. Gamut bezeichnet hierbei die Menge aller Farben, die bei Verwendung des Halbleiterbauteils10 zum Beispiel in einem Bildanzeigegerät darstellbar ist. Es ist zu erkennen, dass die Gamutüberdeckung G_C bei dem Konversionselement K gemäß1 gegenüber einem herkömmlichen Konversionselement K_PA um zirka 3 bis 4 Prozentpunkte erhöht ist. Mit anderen Worten ist mit dem Konversionselement K ein größerer Farbortbereich des NTSC-Standards erreichbar als mit einem konventionellen Konversionselement.In 2A is the gamut coverage G_C of thesemiconductor device 10 percent radiation, based on the NTSC standard, such as used for televisions. Gamut refers to the amount of all colors when using thesemiconductor device 10 for example, in an image display device is displayed. It can be seen that the gamut coverage G_C in the conversion element K according to FIG 1 compared to a conventional conversion element K_{PA is} increased by about 3 to 4 percentage points. In other words, with the conversion element K, a larger color locus range of the NTSC standard can be achieved than with a conventional conversion element.

In2B ist zu sehen, dass das Konversionselement K gemäß1 eine Effizienz E von zirka 64 lm/W erzielt. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Konversionselement K_PA ist die Effizienz E um zirka 14% erhöht. In 2 B It can be seen that the conversion element K according to 1 achieved an efficiency E of about 64 lm / W. Compared to a conventional conversion element K_PA , the efficiency E is increased by approximately 14%.

In2C ist ein Ausschnitt aus der CIE-Normfarbtafel dargestellt. Eingezeichnet sind Linien gleicher Effizienz E für ein herkömmliches Konversionselement K_PA, siehe die Strichlinien, und für ein Konversionselement K gemäß1, siehe die durchgezogenen Linien. Eine Einteilung B, englisch Binning, beispielsweise zur Verwendung von Halbleiterbauteilen10 in Fernsehgeräten, ist ebenfalls eingezeichnet. Durch ein Abstimmen der Konzentrationen und des Mischungsverhältnisses aus dem ersten Leuchtstoff1 und dem zweiten Leuchtstoff2 ist im Wesentlichen der gesamte, dargestellte Ausschnitt aus der CIE-Normfarbtafel zugänglich.In 2C a section of the CIE standard color chart is shown. Shown are lines of equal efficiency E for a conventional conversion element K_PA , see the dashed lines, and for a conversion element K according to 1 , see the solid lines. A classification B, English Binning, for example, for the use ofsemiconductor devices 10 in televisions, is also shown. By tuning the concentrations and the mixing ratio of thefirst phosphor 1 and the second phosphor 2 For example, essentially the entire section of the CIE standard color chart is accessible.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils10 ist in3A gezeigt. Der Halbleiterchip6 ist auf einem Träger8, beispielsweise aus oder mit einer Keramik, aufgebracht. An der dem Träger8 abgewandten Hauptseite60 des Halbleiterchips6 ist das Konversionselement K in Form eines Plättchens5 angebracht. Das Plättchen5 kann an dem Halbleiterchip6 aufgeklebt sein oder auch, beispielsweise über ein Siebdrucken oder über eine Sedimentation, unmittelbar auf dem Halbleiterchip6 selbst erzeugt sein.Another embodiment of thesemiconductor device 10 is in 3A shown. Thesemiconductor chip 6 is on a carrier 8th , for example, made of or with a ceramic applied. At the the carrier 8th facing away from themain page 60 of thesemiconductor chip 6 is the conversion element K in the form of asmall plate 5 appropriate. Thetile 5 can on thesemiconductor chip 6 be glued or even, for example via a screen printing or via sedimentation, directly on thesemiconductor chip 6 to be self-generated.

Gemäß3B ist das Plättchen5, durch das das Konversionselement K gebildet ist, über ein Verbindungsmittel9, zum Beispiel ein Kleber auf Silikonbasis, angebracht. Eine Ausnehmung des Gehäusegrundkörpers7, in der der Halbleiterchip6 angebracht ist, ist optional mit einem linsenförmigen Vergusskörper4 ausgefüllt, der bevorzugt in unmittelbarem Kontakt zu dem Konversionselement K steht und, zusammen mit dem Gehäusegrundkörper7, bevorzugt den Halbleiterchip6 und das Konversionselement K vollständig einschließt.According to 3B is thetile 5 , by which the conversion element K is formed, via a connectingmeans 9 , For example, a silicone-based adhesive, attached. A recess of thehousing body 7 in which thesemiconductor chip 6 is attached, is optional with alenticular potting 4 filled, which is preferably in direct contact with the conversion element K and, together with thehousing body 7 , preferably thesemiconductor chip 6 and completely encloses the conversion element K.

Eine Dicke des Plättchens5 gemäß den3A und3B liegt jeweils bevorzugt zwischen einschließlich 3 μm und 200 μm, insbesondere zwischen einschließlich 10 μm und 60 μm. Ein Gewichtsanteil der Leuchtstoffe1,2 zusammengenommen an dem gesamten Konversionselement K liegt insbesondere zwischen einschließlich 55% und 75%. Es ist ebenso möglich, dass das Konversionselement K keine signifikante Menge eines Matrixmaterials aufweist und dass ein Volumenanteil der Leuchtstoffe1,2 zusammengenommen mindestens 80% oder mindestens 90% des Werts beträgt, der sich für eine dichteste Kugelpackung für diese Leuchtstoffe1,2 ergibt. Mit anderen Worten sind die Partikel der Leuchtstoffe1,2 dann nahezu dicht gepackt.A thickness of theplate 5 according to the 3A and 3B is in each case preferably between 3 .mu.m and 200 .mu.m, in particular between 10 .mu.m and 60 .mu.m. A weight fraction of thephosphors 1 . 2 taken together on the entire conversion element K is in particular between 55% and 75% inclusive. It is also possible that the conversion element K has no significant amount of a matrix material and that a volume fraction of thephosphors 1 . 2 taken together is at least 80%, or at least 90%, of the value that is appropriate for a densest ball package for thesephosphors 1 . 2 results. In other words, the particles are thephosphors 1 . 2 then almost packed.

In den4A bis4C sind zu den2A bis2C analoge Darstellungen gezeigt, in4A bis4C bezogen auf die Halbleiterbauteile10 gemäß den3A und3B.In the 4A to 4C are to the 2A to 2C analogous illustrations shown in 4A to 4C based on thesemiconductor devices 10 according to the 3A and 3B ,

In5A ist die Effizienz E, aufgetragen in willkürlichen Einheiten, gegenüber einer dominanten Wellenlänge λ_D aufgetragen in Nanometer, dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Effizienz E für Konversionselemente K gemäß den1 und3 gegenüber einem herkömmlichen Konversionselementen K_PA signifikant gesteigert ist. Die Kurven für das Konversionselement K gemäß den1 oder3 sind in5 jeweils als durchgezogene Linie gezeichnet, die Kurve für das herkömmliche Konversionselement K_PA als Strich-Linie, wie auch in den5B und5C.In 5A is the efficiency E, plotted in arbitrary units, versus a dominant wavelength λ_D plotted in nanometers. It can be seen that the efficiency E for conversion elements K in accordance with the 1 and 3 compared to a conventional conversion elements K_{PA is} significantly increased. The curves for the conversion element K according to the 1 or 3 are in 5 each drawn as a solid line, the curve for the conventional conversion element K_PA as a dash line, as well as in the 5B and 5C ,

In5B ist eine Gamutfläche G_A, angegeben in Prozent, gegenüber der dominanten Wellenlänge λ_D des Halbleiterchips6 in Nanometer illustriert. Die Gamutfläche G_A ist hierbei bezogen auf eine Gesamtfläche des sRGB-Farbraums, auch Standard-RGB genannt. Der sRGB-Farbraum findet insbesondere für Drucker und Monitore Anwendung. Aus5B ist zu sehen, dass die Gamutfläche G_A für ein Konversionselement K gemäß den1 oder3 signifikant gegenüber der Gamutfläche G_A eines herkömmlichen Konversionselements K_PA erhöht ist. Der Farbraum, der mit einem Halbleiterbauteil10 gemäß den1 oder3 zugänglich ist, weist also einen größeren Flächeninhalt auf als der sRGB-Farbraum.In 5B is a Gamutfläche G_A , in percent, compared to the dominant wavelength λ_{D of} thesemiconductor chip 6 illustrated in nanometers. The Gamutfläche G_A is here referred to a total area of sRGB color space, also called standard RGB. The sRGB color space is used in particular for printers and monitors. Out 5B It can be seen that the Gamutfläche G_A for a conversion element K according to the 1 or 3 significantly increased compared to Gamutfläche G_{A of} a conventional conversion element K_PA . The color space with asemiconductor component 10 according to the 1 or 3 accessible, so has a larger surface area than the sRGB color space.

In5C ist der Gamutüberlapp G_C für ein Konversionselement K, etwa gemäß den1 und3, im Vergleich zu einem herkömmlichen Konversionselement K_PA dargestellt, bezogen auf den sRGB-Farbraum. Gezeigt ist, in Abhängigkeit von der dominanten Wellenlänge λ_D, welcher Anteil des sRGB-Farbraums bei Verwendung von Konversionselementen K, K_PA zugänglich ist. Ein Überdeckungsgrad beträgt für eine dominante Wellenlänge λ_D des Halbleiterchips6 zwischen 440 nm und 445 nm jeweils mehr als 98% für dominante Wellenlängen λ_D des Halbleiterchips6 von mehr als 450 nm sogar über 99% Die Kurven für ein herkömmliches Konversionselement K_PA und ein Konversionselement K gemäß insbesondere den1 und3 verlaufen nahezu deckungsgleich. Bei näherungsweise gleicher Überdeckung des sRGB-Farbraums, wie in5C gezeigt, zeichnet sich das Konversionselement K etwa gemäß den1 und3 also gegenüber einem herkömmlichen Konversionselement K_PA mindestens durch eine deutlich höhere Effizienz aus, siehe5A, und durch einen insgesamt größeren, zugänglicheren Farbraum, vergleiche5B.In 5C is the Gamutüberlapp G_C for a conversion element K, approximately in accordance with 1 and 3 , as compared to a conventional conversion element K_PA , based on the sRGB color space. Shown is, depending on the dominant wavelength λ_D , which portion of the sRGB color space is accessible when using conversion elements K, K_PA . An overlap degree is λ_{D of} the semiconductor chip for adominant wavelength 6 between 440 nm and 445 nm each more than 98% for dominant wavelengths λ_{D of} thesemiconductor chip 6 from more than 450 nm even over 99% The curves for a conventional conversion element K_PA and a conversion element K according to the particular 1 and 3 run almost congruent. At approximately the same coverage of the sRGB color space, as in 5C shown, the conversion element K is approximately in accordance with the 1 and 3 So compared to a conventional conversion element K_PA at least by a significantly higher efficiency, see 5A , and through an overall larger, more accessible color space, compare 5B ,

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

Claims (14)

Translated fromGerman

Konversionselement (K) für einen optoelektronischen Halbleiterchip (6) mit – einem ersten Leuchtstoff (1), der eine erste Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 515 nm und 545 nm aufweist, und – einem zweiten Leuchtstoff (2), der eine zweite Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 605 nm und 630 nm aufweist.Conversion element (K) for an optoelectronic semiconductor chip ( 6 ) with a first phosphor ( 1 ) having a first emission wavelength between 515 nm and 545 nm inclusive, and - a second phosphor ( 2 ) having a second emission wavelength between 605 nm and 630 nm inclusive.Konversionselement (K) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der erste Leuchtstoff (1) eine Linienbreite zwischen einschließlich 45 nm und 85 nm aufweist.Conversion element (K) according to the preceding claim, in which the first phosphor ( 1 ) has a line width between 45 nm and 85 nm inclusive.Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Leuchtstoff (2) eine Linienbreite zwischen einschließlich 70 nm und 110 nm aufweist.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which the second phosphor ( 2 ) has a line width between 70 nm and 110 nm inclusive.Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Leuchtstoff (1) auf einem Orthosilikat, einem Siliziumoxinitrid und/oder einem Nitrido-Orthosilikat basiert, wobei der erste Leuchtstoff (1) ferner mindestens ein Element aus der ersten Hauptgruppe oder der zweiten Hauptgruppe sowie mindestens ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden des Periodensystems umfasst.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which the first phosphor ( 1 ) is based on an orthosilicate, a silicon oxynitride and / or a nitrido-orthosilicate, wherein the first phosphor ( 1 ) further comprises at least one element from the first main group or the second main group and at least one element from the group of rare earths of the periodic table.Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite Leuchtstoff (2) auf einem Nitrid oder einem Siliziumnitrid basiert, wobei der zweite Leuchtstoff (2) ferner mindestens ein Element aus der ersten Hauptgruppe oder der zweiten Hauptgruppe sowie mindestens ein Element aus der Gruppe der seltenen Erden des Periodensystems umfasst.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which the second phosphor ( 2 ) based on a nitride or a silicon nitride, wherein the second phosphor ( 2 ) further comprises at least one element from the first main group or the second main group and at least one element from the group of rare earths of the periodic table.Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Leuchtstoff (1) auf (Ba, Sr)₂SiO₄:Eu²⁺ basiert oder hieraus besteht, und/oder der zweite Leuchtstoff (2) auf (Ba, Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺ basiert oder hieraus besteht.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which the first phosphor ( 1 ) is based on or consists of (Ba, Sr)₂ SiO₄ : Eu²⁺ , and / or the second phosphor ( 2 ) is based on or consists of (Ba, Sr)₂ Si₅ N₈ : Eu²⁺ .Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Gewichtsanteil des ersten Leuchtstoffs (1) zwischen einschließlich dem 1,5-Fachen und dem 8-Fachen eines Gewichtsanteils des zweiten Leuchtstoffs (2) liegt.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which a proportion by weight of the first phosphor ( 1 between 1.5 times and 8 times a weight proportion of the second phosphor ( 2 ) lies.Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Leuchtstoff (1) und der zweite Leuchtstoff (2) in Form von Partikeln vorliegen und in ein gemeinsames Matrixmaterial (3) eingebettet sind.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which the first phosphor ( 1 ) and the second phosphor ( 2 ) in the form of particles and in a common matrix material ( 3 ) are embedded.Konversionselement (K) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Partikel einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 1 μm und 50 μm aufweisen.Conversion element (K) according to the preceding claim, in which the particles have an average diameter of between 1 μm and 50 μm inclusive.Konversionselement (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Gewichtsanteil von erstem (1) und zweitem Leuchtstoff (2) zusammengenommen an dem gesamten Konversionselement (K) zwischen einschließlich 5% und 20% oder zwischen einschließlich 50% und 80% liegt.Conversion element (K) according to one of the preceding claims, in which a proportion by weight of the first ( 1 ) and second phosphor ( 2 ) taken together on the entire conversion element (K) is between 5% and 20% inclusive, or between 50% and 80% inclusive.Optoelektronisches Halbleiterbauteil (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterchip (6) und mit einem Konversionselement (K), wobei – das Konversionselement (K) einen ersten Leuchtstoff (1) umfasst, der eine erste Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 515 nm und 545 nm aufweist, – das Konversionselement (K) einen zweiten Leuchtstoff (2) umfasst, der eine zweite Emissionswellenlänge zwischen einschließlich 605 nm und 630 nm aufweist, und – der Halbleiterchip (6) dazu eingerichtet ist, eine Primärstrahlung mit einer dominanten Wellenlänge (λ_D) zwischen einschließlich 440 nm und 465 nm zu emittieren.Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) with an optoelectronic semiconductor chip ( 6 ) and with a conversion element (K), wherein - the conversion element (K) a first phosphor ( 1 ) having a first emission wavelength between 515 nm and 545 nm inclusive, - the conversion element (K) a second phosphor ( 2 ) having a second emission wavelength between 605 nm and 630 nm inclusive, and - the semiconductor chip ( 6 ) is adapted to emit primary radiation having a dominant wavelength (λ_D ) between 440 nm and 465 nm inclusive.Optoelektronisches Halbleiterbauteil (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Konversionselement (K) einen Vergusskörper (4) bildet, der den Halbleiterchip (6) stellenweise unmittelbar umgibt und der an den Halbleiterchip (6) angeformt ist.Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to the preceding claim, in which the conversion element (K) has a potting body ( 4 ) forming the semiconductor chip ( 6 ) directly surrounds in places and to the semiconductor chip ( 6 ) is formed.Optoelektronisches Halbleiterbauteil (10) nach Anspruch 11, bei dem das Konversionselement (K) als Plättchen (5) geformt ist und mindestens mittelbar an einer Hauptseite (60) des Halbleiterchips (6) angebracht ist.Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to claim 11, wherein the conversion element (K) as platelets ( 5 ) and at least indirectly on a main side ( 60 ) of the semiconductor chip ( 6 ) is attached.Optoelektronisches Halbleiterbauteil (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem – der erste Leuchtstoff (1) auf (Ba, Sr)₂SiO₄:Eu²⁺ basiert oder hieraus besteht, – der zweite Leuchtstoff (2) auf (Ba, Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺ basiert oder hieraus besteht, – der erste (1) und der zweite Leuchtstoff (2) in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 1 μm und 50 μm vorliegen und in ein gemeinsames Matrixmaterial (3) eingebettet sind, – das Matrixmaterial (3) ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial ist, – ein Gewichtsanteil des ersten Leuchtstoffs (1) zwischen einschließlich dem 1,5-Fachen und dem 4-Fachen eines Gewichtsanteils des zweiten Leuchtstoffs (2) liegt, und – das Halbleiterbauteil (10) dazu eingerichtet ist, im Betrieb weißes Licht oder blau-weißes Licht mit einer korrelierten Farbtemperatur von mindestens 7500 K zu emittieren.Optoelectronic semiconductor component ( 10 ) according to any one of claims 11 to 13, wherein - the first phosphor ( 1 ) is based on or consists of (Ba, Sr)₂ SiO₄ : Eu²⁺ , - the second phosphor ( 2 ) is based on or consists of (Ba, Sr)₂ Si₅ N₈ : Eu²⁺ , - the first ( 1 ) and the second phosphor ( 2 ) in the form of particles having an average diameter of between 1 μm and 50 μm inclusive and in a common matrix material ( 3 ) are embedded, The matrix material ( 3 ) is a silicone or a silicone-epoxy hybrid material, - a weight fraction of the first phosphor ( 1 between 1.5 times and 4 times a weight proportion of the second phosphor ( 2 ), and - the semiconductor device ( 10 ) is adapted to emit during operation white light or blue-white light with a correlated color temperature of at least 7500 K.

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