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WO2018192922A2 - Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement - Google Patents

Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement Download PDF

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WO2018192922A2
WO2018192922A2 PCT/EP2018/059773 EP2018059773W WO2018192922A2 WO 2018192922 A2 WO2018192922 A2 WO 2018192922A2 EP 2018059773 W EP2018059773 W EP 2018059773W WO 2018192922 A2 WO2018192922 A2 WO 2018192922A2
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WO
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group
radiation
phosphor
combinations
range
Prior art date
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PCT/EP2018/059773
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French (fr)
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WO2018192922A3 (de
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Ion Stoll
Alexander Baumgartner
Alexander Wilm
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN

Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting
  • characteristic absorptions for example, at Y.
  • the object is achieved by a radiation-emitting
  • Optoelectronic component having the features of claim 1 and the features of claim 12 and by the use of a radiation-emitting optoelectronic component having the features of claim 13.
  • Optoelectronic component comprises a semiconductor chip or a semiconductor laser which emits a primary radiation in the UV range or in the blue range of the electromagnetic spectrum during operation of the component.
  • Wavelength range between 425 to 475 nm inclusive.
  • the peak wavelength of the primary radiation in the range of including 350 nm and including 424 nm or in the range of 425-475 nm inclusive.
  • the half width at half height of the maximum (FWHM; ) is preferably 15 to 45 nm in a semiconductor chip. In a semiconductor laser, the half width at half height of the maximum may be below 15 nm, for example between 1 nm and 15 nm.
  • the device comprises a
  • the Conversion element comprising a first phosphor.
  • the first phosphor is configured to at least partially convert the primary radiation into a first secondary radiation having a peak wavelength in the green region of the electromagnetic spectrum, between 475 nm and 500 nm inclusive.
  • That a phosphor converts the primary radiation at least partially into a secondary radiation
  • the device emits
  • a total radiation which is composed of the primary and the secondary radiation.
  • a phosphor at least partially converts the primary radiation into a secondary radiation can also mean that the primary radiation is almost completely absorbed by the
  • the radiation-emitting optoelectronic component according to this embodiment therefore corresponds completely or almost completely to the secondary radiation. Almost complete conversion is a conversion over 90%, especially over 95% to understand.
  • peak wavelength in the present case, the wavelength of a peak of an emission of a semiconductor chip or a
  • Peak wavelength is thus in each case based on the emission of the semiconductor chip or the semiconductor laser or the phosphor to an absolute maximum in
  • compositions of a first and a second and further phosphors are described by molecular formulas. These correspond in each case to the nominal composition of the materials. In fact, the exact atomic ratios can easily be determined by the
  • a possible value for such a deviation is for example 10%.
  • Contain elements for example, impurities or flux in the batch mixture or during the
  • boron and / or carbon and / or nitrogen and / or halogens for example fluorine or chlorine or bromine. Due to possible evaporation of individual components during synthesis, it may also be too statistical
  • Phosphorus is selected from a group that
  • A is at least one element selected from the group comprising Li, Na, K, Rb, Cs and combinations thereof,
  • X is at least one element selected from
  • Group is Si, Ge, Ti, Zr, Hf and
  • M * is selected from the group comprising Ca, Sr, Ba and combinations thereof,
  • Z * is selected from the group Na, K,
  • a * is selected from the group comprising Mg, Mn, Zn and combinations thereof,
  • B * is selected from the group comprising B, Al, Ga and combinations thereof,
  • C * is selected from the group consisting of Si, Ge,
  • D * is selected from the group comprising Li, Cu and combinations thereof,
  • E * is selected from the group consisting of P, V,
  • BaSi 4 Al 3 N 9 SrSiAl 2 0 3 N 2, BaSi 2 N 2 0 2, ALi 3 X0 4 and M * (1 - x * - y * _ z *) z * z * [A * a * B * b * C * c * D * d * E * e * N4-n * O n * ] may each be independently doped with a rare earth element.
  • BaSi 4 Al 3 N 9 SrSiAl 2 0 3 N 2, BaSi 2 N 2 0 2, ALi 3 X0 4 and M are preferably * (1 _ x * _ y * _ z *) z * z * [A * a * B * b * C * c * D * d * E * e * N 4 -n * On *] are independently doped with Eu 2+ .
  • a Sr-SiA10N is a phosphor having Sr, Si, Al, O and N, and may be doped with a rare earth element such as Eu 2+ .
  • SrSiAl 2 O 3 N 2 is preferably meant by a Sr-SiAlON.
  • These first phosphors can be the primary radiation
  • the peak wavelength layer can be adjusted in particular by the molar amount of Eu 2+ , which is preferably in a range of 0.1 to 10 mol% based on Ba in BaSi 4 Al 3 N 9 : Eu 2+ , Sr in SrSiAl 2 0 3 N 2: Eu 2+, Ba in
  • Phosphor selected from a group consisting of BaSi 4 Al 3 Ng: Eu 2+ , SrSiAl 2 O 3 N 2 : Eu 2+ , BaSi 2 N 2 O 2 : Eu 2+ , ALi 3 XO 4 : Eu 2+, and combinations thereof includes
  • A is at least one element selected from the group comprising Li, Na, K, Rb, Cs and combinations thereof,
  • X is at least one element selected from the group comprising Si, Ge, Ti, Zr, Hf, and combinations thereof.
  • ALi 3 X0 4 is selected from the group NaLi 3 Si0 4: Eu 2+, NaK (Li 3 Si0 4) 2: Eu 2+,
  • CsRbNaLi (Li 3 Si0 4 ) 4 : Eu 2+ includes.
  • Oxygen of ALi 3 X0 4 replaced with nitrogen.
  • excess negative charge can be balanced by a metal that is not an alkali metal (e.g., by an alkaline earth metal or a transition metal). In this case, it is an oxynitridic
  • Phosphor for example, up to 50 atom%, for example up to 25 atom% of the oxygen can be replaced by nitrogen.
  • ALi 3 X0 4 can also be free of nitrogen.
  • the first phosphor is a phosphor of the following
  • M * is selected from the group comprising Ca, Sr, Ba and combinations thereof,
  • Z * is selected from the group comprising Na, K, Rb, Cs, Ag and combinations thereof,
  • a * is selected from the group comprising Mg, Mn, Zn and combinations thereof,
  • B * is selected from the group comprising B, Al, Ga and combinations thereof,
  • C * is selected from the group comprising Si, Ge, Ti, Zr, Hf and combinations thereof,
  • D * is selected from the group comprising Li, Cu and combinations thereof,
  • E * is selected from the group comprising P, V, Nb, Ta and combinations thereof,
  • the phosphor is preferably doped with a rare earth element, e.g. a rare earth element selected from the group comprising: Ce, Eu, Yb and combinations thereof.
  • a rare earth element selected from the group comprising: Ce, Eu, Yb and combinations thereof.
  • Particularly preferred is: x * + y * + z * -S 0.2.
  • the phosphor has a crystal structure similar to the crystal structure of
  • the first phosphor is a phosphor which is doped with a dopant selected from the group of the following dopants: Ce 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Yb 2+ , Yb 3+ or combinations from that .
  • the first dopant selected from the group of the following dopants: Ce 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Yb 2+ , Yb 3+ or combinations from that .
  • Phosphor has the following general formula:
  • the first phosphor is a phosphor of the following general formula:
  • RE * is selected from the group comprising Eu 2+ , Eu 3+ , Yb 2+ and Yb 3+ . In accordance with at least one embodiment, this is
  • Conversion element arranged in the beam path of the primary radiation.
  • the conversion element is arranged over a radiation exit surface of the semiconductor chip or of the semiconductor laser.
  • the radiation exit surface is a main surface of the semiconductor chip or of the semiconductor laser or of the epitaxial layer sequence of the semiconductor chip or of the semiconductor laser.
  • Radiation exit surface extends in particular
  • Semiconductor layers of the layer sequence for example, at least 85% or 90% of the radiation leaving the layer sequence on the radiation exit surface of the
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “over” another layer or another element may here and in the following mean that the one layer or the element directly in direct mechanical and / or electrical and /or
  • thermal contact on the other layer or the other element is arranged. Further, it may also mean that the one layer or the one element is indirectly on
  • the semiconductor chip or the semiconductor laser comprises an active epitaxial layer sequence that is suitable during operation of the radiation-emitting device
  • optoelectronic component a primary radiation in the UV To emit region or blue region of the electromagnetic spectrum.
  • Epitaxial layer sequence for example, have a pn junction, a double heterostructure, a quantum well or more preferably a multiple quantum well structure.
  • quantum well structure does not contain any information about the dimensionality. It thus includes, among others
  • Quantum wells Quantum wells, quantum wires, quantum dots, and each
  • a semiconductor chip which is suitable in operation UV primary radiation or
  • the semiconductor chip is based on In x Al y Ga x - y N where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ first
  • the wavelength of the primary radiation can in this case be pushed into the preferred range for the particular application by the composition, for example the ratio of indium to gallium in AlInGaN.
  • the device according to this embodiment thus emits a total radiation that is completely or almost completely the first one
  • Secondary radiation corresponds and thus lies in the green region of the electromagnetic spectrum.
  • the fact that the total radiation almost completely corresponds to the first secondary radiation means that the total radiation consists of more than 90%, in particular more than 95%, of the first secondary radiation.
  • many foliar dyes such as carotenoids exhibit high absorption and can thereby be efficiently excited for photosynthesis upon irradiation with the total radiation in the green region of the electromagnetic spectrum of a device according to this embodiment.
  • Total radiation in this area can stimulate plants, such as land plants and aquatic plants and microorganisms, particularly efficiently for photosynthesis, as a result of which they display particularly rapid growth.
  • the conversion element or the component preferably has no further than the first phosphor.
  • the conversion element or the component preferably has no further than the first phosphor.
  • Conversion element has a further phosphor, the primary radiation into a secondary radiation in the green
  • this includes
  • a second phosphor which is adapted to the primary radiation at least partially into a second secondary radiation having a peak wavelength in the red region of the electromagnetic spectrum between 600 nm inclusive including 700 nm
  • Phosphor selected from a group that
  • EA ** is selected from the group that
  • B ** is selected from the group comprising Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf or a combination thereof;
  • C ** is selected from the group consisting of Al, Ga, In, Gd, Y, Sc, La, Bi, Cr or a group
  • D ** is selected from the group comprising Nb, Ta, V or a combination thereof;
  • E ** is selected from the group comprising W, Mo or a combination thereof;
  • the proportion of Mn 4+ is between 0.01 mol% and 3 mol% inclusive, based on the molar amount of Mg, more preferably between 0.01 mol% and 1 mol%, inclusive, based on the molar amount of Mg;
  • Phosphor of the following more general formula is:
  • a '3A''Ge 8 ⁇ Oi8: Mn 4+ may, according to one embodiment, be the formula
  • Embodiment the formula Sr [LiAl 3 N 4 ]: Eu 2+ or
  • Phosphor selected from a group the
  • Rb 2 Ge 4 O 9 Mn 4+ ; Li 3 RbGe 8 0i 8 : Mn 4+ ; Sr 4 Al 14 O 25 : Mn 4+ ; Mg 2 Ti0 4 : Mn 4+ ;
  • CaZr0 3 Mn 4+ ; Gd 3 Ga 5 O 12 : Mn 4+ ; Al 2 O 3 : Mn 4+ ; GdA10 3 : Mn 4+ ; LaA10 3 : Mn 4+ ;
  • LiAl 5 O 8 Mn 4+ ; SrTiO 3 : Mn 4+ ; Y 2 Ti 2 O 7 : Mn 4+ ; Y 2 Sn 2 O 7 : Mn 4+ ;
  • CaAl 12 Oi 9 Mn 4+ ; MgO: Mn 4+ ; Ba 2 LaNb0 6 : Mn 4+ ; K 2 SiF 6 : Mn 4+ ;
  • the white total radiation is converted and the device emits white total radiation.
  • the white total radiation is converted and the device emits white total radiation.
  • a combination of a first phosphor of the formula Preferred is BaSi 2 N 2 0 2: Eu 2+ with a second phosphor having the formula Sr [LiAl 3 N 4]: Eu 2+, a first
  • K 2 SiF 6 Mn 4+ .
  • Particularly preferred is a combination of a first phosphor of the formula BaSi 2 2 0 2 : Eu 2+ with a second phosphor of the formula Sr [LiAl 3 4 ]: Eu 2+ , a first phosphor of the formula BaSi 4 Al 3 Ng: Eu 2 + with a second
  • this includes
  • Conversion element one or more other phosphors, which convert the primary radiation into secondary radiation in the green or red region of the electromagnetic spectrum
  • the further one is
  • Phosphor selected from a group comprising Ce 3+ doped garnets, Eu 2+ -doped nitrides, Ce 3+ -doped nitrides, Eu 2+ -doped oxynitrides, Eu 2+ -doped sulfides, Eu 2+ -doped - and ⁇ -SiA10Ne, Eu 2+ -doped nitridoorthosilicates, Eu 2+ -doped orthosilicates, Eu 2+ -doped chlorosilicates, Eu 2+ -doped chlorophosphates, Eu 2+ -doped aluminates, Eu 2+ -doped halophosphates, and combinations thereof ,
  • the Ce 3+ -doped garnet phosphor can according to a
  • the Eu 2+ -doped nitride phosphor can according to a
  • Embodiment The formula (Ca, Sr) AlSiN 3 : Eu 2+ ,
  • the Eu 2+ -doped oxynitride phosphor may, according to one embodiment, have the formula (Sr, Ca) AlSiN 3 * Si 2 N 2 O: Eu 2+ or (Ba, Sr, Ca) Si 2 O 2 N 2 : Eu 2+ exhibit .
  • the Ce 3+ -doped nitride phosphor can according to a
  • An Eu 2+ -doped orthosilicate can according to a
  • AE * Sr, Ba, Ca and / or Mg and RE at least one rare earth metal, for example - for example the formula AE * 2 _ x - a RE x Eu a SII y 0 4 - x Eu, is. Furthermore, 0 ⁇ x ⁇ 0.1, preferably 0.003 ⁇ x ⁇ 0.02 and 0 ⁇ a ⁇ 0.2,
  • EA contains at least Sr and Ba, most preferably contains EA at least Sr and Ba, where 0.5 -S Ba: Sr ⁇ 2, more preferably 0.75 -S Ba: Sr ⁇ 1.25.
  • An Eu 2+ -doped chlorosilicate can according to a
  • Embodiment the formula Ca 8 Mg (Si0 4 ) 4 CI 2 : Eu 2+ have.
  • An Eu 2+ -doped ⁇ -sialon may, in one embodiment, be an oxynitride or nitride that is in the same
  • Crystal structure crystallizes like ß-Si 3 N 4 , in the
  • a rare earth metal is incorporated in the form of a solid solution.
  • the beta-sialon of the general formula Si 6 follows - Z A1 Z 0 Z N 8 _ Z: RE or Si 6 - x Al z O y N 8 _ y: RE z, 0 ⁇ x ⁇ 4, 0 ⁇ y ⁇ 4, 0 ⁇ z ⁇ l and RE is at least one metal of the rare earths.
  • RE is Eu 2+ and / or Yb 2+ .
  • an Eu 2+ -doped aluminate has the formula BaMgAl 10 Oi 7: Eu 2+ .
  • Chlorophosphate has, for example, the formula
  • Mn 2+ -doped phosphors can be used according to one embodiment.
  • Mn 2+ -doped phosphors Sr, Ca, Ba, Mg 2 Si 5 N 8 : Mn 2+ ; BaMg ( i_ x) Mn (II) x AlioOi7 with 0 ⁇ x ⁇ 1;
  • Ba, Ca ZnOS: Mn 2+ ; ZnGeN 2 : Mn 2+ or ⁇ - ⁇ 10 ⁇ : ⁇ 2+ .
  • semiconductor nanoparticles can be used.
  • nanoparticles include CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgTe, HgSe, GaP, GaAs, GaSb, AIP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, InN, AlN or mixed crystals or combinations of said semiconductor materials.
  • the mixed crystals may be
  • ternary or quaternary mixed crystals act.
  • the spectrum of the total white radiation has at least three and at most five, preferably three intensity maxima in the range of
  • the intensity maxima include the peak wavelengths of the semiconductor chip or the semiconductor laser and the peak wavelengths of the first one
  • the intensity maxima with respect to the peak wavelengths comprise relative intensity maxima which have an intensity of more than 65% of the intensity of the peak wavelength and thus peaks which have an intensity of more than 65% relative to the main peaks.
  • an intensity maximum thus fall peaks which have an intensity of less than 65% relative to the main peaks.
  • at least one intensity maximum each lies in the range of 400 nm to 475 nm inclusive, in the range of 475 nm up to and including 500 nm and in the range of 600 nm to 700 nm inclusive.
  • the intensity maxima are preferably the peak wavelengths of the semiconductor chip or the semiconductor laser and the peak wavelengths of the first phosphor and the second phosphor.
  • the device thus generates a total radiation that is white and very energy efficient with respect to the
  • the color location of the total white radiation is in a color range shown in the CIE color chart on a line of the black body radiator or deviating from the line of the black body radiator up to ⁇ 0.02 C x and / or ⁇ 0.02 C y , preferably ⁇ 0.015 C x and / or ⁇ 0.015 C y .
  • the spectrum of the total white radiation of the component fulfills the criterion that more than 60%, preferably more than 75%, particularly preferably more than 95% of the emitting photons of the
  • Radiation emitting optoelectronic device in a waveband, in which the superposition of the Absorption of leaf dyes chlorophyll A and chlorophyll B and carotenoid possess a high absorption.
  • High absorption is understood to mean an absorption which is at least 10%, preferably 20%, 25%, 30% or 50% of the extinction, based on the maximum of the absorption in the range from 400 nm to 800 nm.
  • the absorption spectra of chlorophyll A and chlorophyll B and ⁇ -carotene are shown in Figure 10 (Ustin et al., Remote Sensing of Environment 113, Supplemental 1, 2009, S67-S77).
  • more than 60%, preferably more than 75%, particularly preferably more than 95% of the emitted photons of the component are in one
  • Leaf colors of a green alga have a high absorption.
  • the absorption spectrum of Scenedesmos Acutos shown in Figure 11 can be used as a reference spectrum for the absorption of foliar dyes of a green alga (Zeinalov et al., Bulg. J. Plant Physiol., 2000, 26 (1-2), 58-59).
  • the device comprises a
  • the peak wavelength is in the range of 600 nm inclusive and 700 nm inclusive.
  • the conversion element comprises a first phosphor adapted to at least partially transform the primary radiation into a first secondary radiation having a peak wavelength in the green region of the first
  • electromagnetic spectrum between inclusive 475 nm to 500 nm inclusive and the first phosphor is selected from a group consisting of BaSi 4 Al 3 N 9 , SrSiAl 2 O 3 N 2 , BaSi 2 N 2 O 2 , ALi 3 X0 4 ,
  • A is at least one element selected from the group comprising Li, Na, K, Rb, Cs and combinations thereof,
  • X is at least one member selected from the group consisting of Si, Ge, Ti, Zr, Hf and
  • M * is selected from the group comprising Ca, Sr, Ba and combinations thereof,
  • Z * is selected from the group comprising Na, K, Rb, Cs, Ag and combinations thereof,
  • a * is selected from the group comprising Mg, Mn, Zn and combinations thereof,
  • B * is selected from the group comprising B, Al, Ga and combinations thereof,
  • C * is selected from the group consisting of Si, Ge,
  • D * is selected from the group comprising Li, Cu and combinations thereof,
  • E * is selected from the group comprising P, V, Nb, Ta and combinations thereof,
  • BaSi 4 Al 3 N 9 SrSiAl 2 0 3 N 2, BaSi 2 N 2 0 2, ALi 3 X0 4 and M * (1 - x * - y * _ z *) z * z * [A * a * B * b * C * c * D * d * E * e * N4-n * O n * ] may each be independently doped with a rare earth element.
  • the device according to this embodiment is to
  • AL13XO4 is A 2 Li6Si 2 Os.
  • Operation of the device emits a primary radiation in the red region of the electromagnetic spectrum is based
  • the other semiconductor chip is based on In x Al y Ga x - y P where 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • the desired wavelength can be adjusted by the material composition.
  • the device comprises a
  • the conversion element comprises one second phosphor, which is adapted to the
  • the second phosphor is selected from a group which
  • EA ** is selected from the group that
  • B ** is selected from the group comprising Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf or a combination thereof;
  • D ** is selected from the group Nb, Ta,
  • E ** is selected from the group comprising W, Mo or a combination thereof;
  • Mn 4+ between 0.01 mol% and 3 mol% inclusive, more preferably based on the molar amount of Mg, between 0.01 Mol% and including 1 mol% based on the molar amount of Mg;
  • the device according to this embodiment is adapted to emit white total radiation.
  • Operation of the device emits a primary radiation in the red region of the electromagnetic spectrum is based
  • the semiconductor chip or semiconductor laser is based on In x Al y Ga x - y N with 0
  • the desired wavelength can be set by the material composition.
  • the peak wavelength of the semiconductor chip or of the semiconductor laser differ and the peak wavelength of the further semiconductor chip or the further semiconductor laser by at least 25 nm.
  • the phosphors are a powder.
  • the powders may have particles, the mean particle size preferably being in the range from 50 nm to 100 ym, particularly preferably in the range from 2 to 35 ym. According to at least one embodiment, this includes
  • Conversion element a matrix material.
  • the conversion element may be composed of the first phosphor and the matrix material, of the first phosphor, another phosphor which converts the primary radiation into a secondary radiation in the green region, and the matrix material, of the second
  • Primary radiation is converted into a secondary radiation in the red area, and the matrix material, from the first
  • the phosphors are preferably embedded in the matrix material. It is possible that the phosphors are homogeneous in the
  • Matrix material are distributed. But it is also possible that the phosphors are distributed with a concentration gradient in the matrix material.
  • the matrix material comprises or consists of one of the following materials: a silicone, a glass, an epoxy resin.
  • a possible embodiment of the conversion element is the embodiment in the form of a potting, wherein the potting the form-locking the semiconductor chip or the semiconductor laser
  • Side walls are stabilized, for example, by a housing and is located for example in a recess of such a housing. If a further semiconductor chip or semiconductor laser is included in the component, it can also be enveloped in a form-fitting manner by the encapsulation.
  • the conversion element can be designed as a conversion layer.
  • the conversion layer there is a direct contact between the conversion layer and the
  • the thickness of the conversion layer for example, is smaller than the thickness of the semiconductor chip or the Halbleierlasers and, for example, may be formed constant at all radiation exit surfaces.
  • the application of such a conversion layer takes place in particular by the following processes: spray coating,
  • Injection molding transfer molding, jetting, dispensing or
  • the phosphors are present at 5 to 75% by weight, preferably at 15 to 60% by weight, based on the total mass of phosphors and matrix material.
  • the conversion element may also take the form of a plate or a foil.
  • the plate or the film is disposed over the semiconductor chip or the semiconductor laser.
  • Conversion element does not necessarily have a direct and / or positive contact of the Conversion element with the semiconductor chip or the
  • the conversion element is the semiconductor chip or
  • Subordinated semiconductor laser and is illuminated by the primary radiation. Between the conversion element and the conversion element
  • Pouring body or an air gap may be formed.
  • the conversion element consists of the first phosphor, of the first phosphor and a further phosphor, the primary radiation in a
  • Another phosphor the primary radiation in one
  • this may be a ceramic of the phosphors.
  • the conversion element as a plate, it is a plate made of a ceramic of the phosphors.
  • the radiation-emitting optoelectronic component may be a light-emitting diode (LED).
  • the plants are excited by the radiation emitted by the radiation-emitting optoelectronic component for photosynthesis.
  • leaf dyes of the plants in particular of chlorophyll A, chlorophyll B, carotenoids, scenedesmos acutos, zeaxanthines, lycopene and / or
  • Luteins preferably chlorophyll A, chlorophyll B,
  • Carotenoids and / or Scenedesmos Acutos absorbed are Carotenoids and / or Scenedesmos Acutos absorbed.
  • the absorption of the total radiation corresponds in particular to the first step of photosynthesis in plants.
  • the plant growth can be increased by an increased rate of photosynthesis.
  • in the use or in the emission of a white total radiation are on the Plant discoloration, for example by fungi or
  • the leaf dyes mentioned absorb strongly in the range of 400 nm to 520 nm and 610 nm to 720 nm. Thus, they can produce a total radiation in the green range with a
  • Peak wavelengths in the range of 475 nm and including 500 nm or a total white radiation with a peak wavelength in the range of 475 nm and including 500 nm and in the range including 600 nm and including 700 nm absorb particularly efficient.
  • Figures 1A and 1B show schematic side views
  • Figures 2A to 9A show emission spectra of various embodiments of radiation-emitting
  • FIGS. 2B to 9B show what percentage of the emitted photons of the total radiation of an exemplary embodiment of a radiation-emitting optoelectronic component in FIG lie in a range in which the absorption spectrum of a green alga has at least 10% intensity with respect to the maximum
  • Figures 2C, 4C, 6C, 7C, 8C and 9C show color locations of the total white radiation of various embodiments of
  • Figure 10 shows the absorption spectrum of chlorophyll A, chlorophyll B and a carotenoid
  • FIG 11 shows the absorption spectrum of scenedesmus
  • FIG. 12 shows a color range which is in the green range in the CIE color diagram (1931).
  • the exemplary embodiment of a radiation-emitting optoelectronic component 1 illustrated in FIG. 1A has a semiconductor chip 2 which is in operation
  • the semiconductor chip 2 is based on aluminum indium gallium nitride.
  • the semiconductor chip 2 is on a first terminal 4 and a second
  • Terminal 5 attached and electrically contacted with these terminals.
  • the connections 4, 5 are with
  • the first and the second electrical connection 4, 5 are in an opaque, for example prefabricated,
  • the base housing 10 comprises, for example, an opaque plastic and the recess 11 may be provided with a reflective
  • the terminals 4, 5 are formed from a metal which has a reflectivity for the primary and / or secondary radiation greater than 60%, preferably greater than 70%, preferably greater than 80%, for example silver or gold.
  • the conversion element 3 is formed in the embodiment of Figure 1A in the form of a potting and fills the recess 11 from.
  • the conversion element 3 comprises a silicone or an epoxy resin, in which particles of a first phosphor and particles of a second phosphor
  • Phosphor of the formula K 2 SiF 6: Mn 4+ a first phosphor of the formula A 2 Li 6Si 2 Os: Eu 2+ with a second phosphor of the formula K 2 SiF 6: Mn 4+ or a first phosphor of the formula SrSiAl 2 O 3 2 : Eu 2+ with a second phosphor of the formula K 2 SiF 6: Mn 4+ .
  • the first phosphor converts the
  • Phosphor partially converts the primary radiation into secondary radiation in the red region of the electromagnetic spectrum.
  • the total radiation of the device results from a superposition of the primary and secondary radiation and is white. The total radiation is in this
  • the conversion element 3 is designed as a layer which extends above the component
  • Semiconductor chip 2 is arranged.
  • the layer is above the
  • the wavelength ⁇ is in nm on the x-axis and the relative one on the y-axis
  • the respective unshaded The area shows white color locations within the CIE standard table.
  • FIG. 2A shows a spectrum of the total radiation G of an embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • Mg 4 Ge0 5 , 5F Mn 4+ with a peak wavelength (P r ) in the range of 600 nm to 700 nm together.
  • P r peak wavelength
  • Intensity maxima (P b , P g , P a ) in the range of 400 nm to 800 nm inclusive.
  • an intensity maximum in the range of 400 nm to 475 nm inclusive, ranging from 475 nm to 500 nm inclusive and in the range of 600 nm to 700 nm inclusive.
  • the color location of the total white radiation G lies in a color range which lies with a deviation of up to ⁇ 0.02 C x and ⁇ 0.02 C y around the line of the black body radiator (SKL).
  • FIG. 3A shows a spectrum of the total radiation G of an embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 420 nm, a
  • Mg 4 Ge0 5 , 5F Mn 4+ with a peak wavelength (P r ) in the range of 600 nm to 700 nm together.
  • P r peak wavelength
  • Spectrum thus has three intensity maxima (P b , P g , P a ) in the range of 400 nm to 800 nm inclusive.
  • an intensity maximum in the range of 400 nm to 475 nm inclusive, ranging from 475 nm to 500 nm inclusive and in the range of 600 nm to 700 nm inclusive.
  • FIG. 3B it can be seen from FIG. 3B that 99% of the emitted photons of the total radiation G of the component lie in a wavelength range in which the relative
  • Optoelectronic device these can be efficiently excited for photosynthesis and are thus encouraged to grow.
  • FIG. 4A shows a spectrum of the total radiation G of an embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • the spectrum has four
  • IM is relative to the main peak with the peak wavelength P r a relative intensity maximum having an intensity of over 65% of the intensity of the peak wavelength P r .
  • the total radiation G is white.
  • the color location of the total white radiation G lies in a color range which lies with a deviation of up to ⁇ 0.02 C x and ⁇ 0.02 C y around the line of the black body radiator (SKL).
  • Optoelectronic device these can be efficiently excited for photosynthesis and are thus encouraged to grow.
  • the table further portions of emitted photons of the device can be removed at relative extinctions of green algae.
  • FIG. 5A shows a spectrum of the total radiation G of an exemplary embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • Range from 600 nm up to and including 700 nm.
  • Optoelectronic device these can be efficiently excited for photosynthesis and are thus encouraged to grow.
  • FIG. 6A shows a spectrum of the total radiation G of an exemplary embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • Mg 4 Ge0 5 , 5F Mn 4+ with a peak wavelength (P r ) in the range of 600 nm to 700 nm together.
  • P r peak wavelength
  • the spectrum thus has three intensity maxima (P b , P g , P a ) in the range of 400 nm to 800 nm inclusive. In each case, an intensity maximum in the range of 400 nm to 475 nm, ranging from 475 nm to 500 nm inclusive and in
  • Range from 600 nm up to and including 700 nm.
  • the color location of the total white radiation G lies in a color range which lies with a deviation of up to ⁇ 0.02 C x and ⁇ 0.02 C y around the line of the black body radiator (SKL).
  • FIG. 7A shows a spectrum of the total radiation G of an exemplary embodiment of a radiation-emitting device
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • the spectrum thus has three intensity maxima (P b , P g , P a ) in the range of 400 nm to 800 nm inclusive.
  • an intensity maximum is in the range of from 400 nm to 485 nm inclusive, in the range of 475 nm inclusive up to and including 500 nm and in the range of from 600 nm to
  • the color location of the total white radiation G lies in a color range which lies with a deviation of up to ⁇ 0.02 C x and ⁇ 0.02 C y around the line of the black body radiator (SKL).
  • Optoelectronic device these can be efficiently excited for photosynthesis and are thus encouraged to grow.
  • FIG. 8A shows a spectrum of the total radiation G of an embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • K 2 SiF 6 Mn 4+ with a peak wavelength (P r ) in the range of 600 nm to 700 nm together.
  • the first phosphor of FIG. 8 (wavelength range 470 to 500 nm) is specifically NaK (LisSiC) 2: Eu 2+ .
  • the spectrum thus has three intensity maxima (P b , P g , P a ) in the range of 400 nm to 800 nm inclusive. In each case, an intensity maximum in the range of 400 nm to 475 nm inclusive, ranging from 475 nm to 500 nm inclusive and in the range of 600 nm to 700 nm inclusive.
  • the color locus of the total white radiation G lies in a color range which coincides with a color range Deviation of up to ⁇ 0.02 C x and ⁇ 0.02 C y around the blackbody radiator line (SKL).
  • Optoelectronic device these can be efficiently excited for photosynthesis and are thus encouraged to grow.
  • FIG. 9A shows a spectrum of the total radiation G of an embodiment of a radiation-emitting device
  • the diagram shows the absorption A of a green alga using the example of Scenedesmus Acutus.
  • the total radiation G is composed of a primary radiation having a peak wavelength (P b ) of about 445 nm, a
  • FIG. 9A thus shows the phosphors SrSiAl 2 O 3 N 2 : Eu 2+ + K 2 SiF 6 : Mn 4+ .
  • the spectrum thus has three Intensity maxima (P b , P g , P a ) in the range of 400 nm to 800 nm inclusive. In each case, an intensity maximum in the range of 400 nm to 475 nm inclusive, ranging from 475 nm to 500 nm inclusive and in the range of 600 nm to 700 nm inclusive.
  • the color location of the total white radiation G lies in a color range which lies with a deviation of up to ⁇ 0.02 C x and ⁇ 0.02 C y around the line of the black body radiator (SKL).
  • Optoelectronic device these can be efficiently excited for photosynthesis and are thus encouraged to grow.
  • FIG. 10 shows absorption spectra of chlorophyll A.
  • FIG. 11 shows the absorption spectrum A of a green alga on
  • Color range are the color locations of the total radiation of a radiation-emitting optoelectronic device according to the invention in the green region of the electromagnetic

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) angegeben. Das Bauelement (1) umfasst einen Halbleiterchip (2) oder einen Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich oder im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und ein Konversionselement (3) umfassend - einen ersten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine erste Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm zu konvertieren und wobei der erste Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die BaSi4Al3N9, SrSiAl2O3N2, BaSi2N2O2, ALi3XO4, M*(1-x*-y*-z*)Z*z*[A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] und Kombinationen daraus umfasst.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT Die Erfindung betrifft ein Strahlungsemittierendes
optoelektronisches Bauelement und eine Verwendung eines
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements zur Beleuchtung von Pflanzen und Mikroorganismen. Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der früheren deutschen Patentanmeldung DE 102017108190.9 in Anspruch, auf die hiermit Bezug genommen wird, und deren Inhalt voll¬ umfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Energieeffiziente Lichtquellen sind von großer Wichtigkeit für das Pflanzenwachstum unter Kunstlichtquellen. Pflanzen absorbieren jedoch nicht alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts mit der gleichen Effizienz. Wichtige Blattfarbstoffe für die Fotosynthese sind dabei zum Beispiel Chlorophyll A, Chlorophyll B, Carotinoide, Zeaxanthine, Lycopene und
Luteine. In Summe haben diese Farbstoffe ihre wesentlichen Absorptionen im Bereich von 400 nm bis 520 nm und 610 nm bis 720 nm. Jedoch schwankt die Intensität der Absorption bei verschiedenen Pflanzen und Messungen. Eine Reihe von
charakteristischen Absorptionen kann beispielsweise bei Y.
Zeinalov et al . , Bulg. J. Plant Physiol., 2000, 26(1-2), 58- 59; P.S.C. Schulze et al . , Trends in Biotechnology, 2014, 32, 8, 422-430 und D. Singh et al . , Renewable and Sustainable Energy Reviews, 49, 2015, 139-147 gefunden werden.
Typischerweise kann man diese Blattfarbstoffe durch
Beleuchtung mit blauen und roten LEDs effizient zur
Fotosynthese anregen. Dies hat aber den Nachteil, dass das Licht nicht weiß ist, weshalb für den Anwender Verfärbungen durch beispielsweise Pilze oder Mangelerscheinungen auf der Pflanze nur schwer erkennbar sind. Zusätzlich führt diese Beleuchtung zu einem unangenehmen Raumklima für Menschen.
Die Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strahlungsemittierendes
optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch ein Strahlungsemittierendes
optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den Merkmalen des Anspruchs 12 und durch die Verwendung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Es wird ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Bauelement angegeben. Das Strahlungsemittierende
optoelektronische Bauelement umfasst einen Halbleiterchip oder einen Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich oder im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert.
Hier und im Folgenden bezeichnet der UV-Bereich des
elektromagnetischen Spektrums den Wellenlängenbereich
zwischen einschließlich 350 nm und einschließlich 424 nm und der blaue Bereich des elektromagnetischen Spektrums den
Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 425 bis 475 nm. Bevorzugt liegt dabei die Peakwellenlänge der Primärstrahlung im Bereich von einschließlich 350 nm und einschließlich 424 nm beziehungsweise im Bereich von einschließlich 425 bis 475 nm. Die Halbwertsbreite auf halber Höhe des Maximums (FWHM; füll width at half maximum) liegt bei einem Halbleiterchip bevorzugt zwischen 15 und 45 nm. Bei einem Halbleiterlaser kann die Halbwertsbreite auf halber Höhe des Maximums unter 15 nm liegen, beispielsweise zwischen 1 nm und 15 nm.
In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein
Konversionselement umfassend einen ersten Leuchtstoff. Der erste Leuchtstoff ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine erste Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm zu konvertieren.
Dass ein Leuchtstoff die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung konvertiert, kann zum einen
bedeuten, dass die Primärstrahlung teilweise von dem
Leuchtstoff absorbiert und als Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der Primärstrahlung verschiedenen, insbesondere längeren Wellenlängenbereich emittiert wird. Gemäß dieser Ausführungsform emittiert das Bauelement
bevorzugt eine Gesamtstrahlung, die sich aus der Primär- und der Sekundärstrahlung zusammensetzt.
Dass ein Leuchtstoff zumindest teilweise die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung konvertiert, kann auch bedeuten, dass die Primärstrahlung nahezu vollständig durch den
Leuchtstoff absorbiert und in Form einer Sekundärstrahlung abgegeben wird. Die emittierte Gesamtstrahlung des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform entspricht somit vollständig oder nahezu vollständig der Sekundärstrahlung. Unter nahezu vollständiger Konversion ist eine Konversion über 90 %, insbesondere über 95 %, zu verstehen. Als "Peakwellenlänge" wird vorliegend die Wellenlänge eines Peaks einer Emission eines Halbleiterchips oder eines
Halbleiterlasers oder eines Leuchtstoffs bezeichnet, bei der die maximale Intensität der Emission liegt. Bei der
Peakwellenlänge handelt es sich somit jeweils bezogen auf die Emission des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers oder des Leuchtstoffs um ein absolutes Maximum im
Emissionsspektrum. Die Peakwellenlänge gibt somit die
Wellenlänge des Hauptpeaks einer Emission des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers oder des Leuchtstoffs an, bei der die maximale Intensität der Emission liegt.
In den folgenden Ausführungen werden Zusammensetzungen eines ersten und eines zweiten und weiterer Leuchtstoffe durch Summenformeln beschrieben. Diese entsprechen jeweils der nominellen Zusammensetzung der Materialien. Tatsächlich können die genauen Atomverhältnisse leicht von den
angegebenen Idealwerten abweichen. Ein möglicher Wert für eine derartige Abweichung liegt beispielsweise bei 10 %.
Ebenso ist möglich, dass die Leuchtstoffe andere weitere
Elemente enthalten, die beispielsweise über Verunreinigungen oder Flussmittel in der Ansatzmischung oder während der
Synthese eingebracht werden, insbesondere (aber nicht
ausschließlich) Bor und/oder Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Halogene, wie zum Beispiel Fluor oder Chlor oder Brom. Durch eventuelle Abdampfungen einzelner Komponenten während der Synthese kann es auch zu statistischen
Unterbesetzungen einzelner Lagen kommen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese eventuellen Effekte in den in der Folge angegebenen Summenformeln vereinfachend nicht jedes Mal explizit erwähnt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
BaSi4Al3N9, ein Sr-SiA10N (bevorzugt SrSiAl203N2) ,
BaSi2N202, AL13XO4,
M* (1_x*_y*_z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On* ] und Kombinationen daraus umfasst,
wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst,
-- wobei X zumindest ein Element ausgewählt aus der
Gruppe ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und
Kombinationen davon umfasst;
wobei M* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ca, Sr, Ba und Kombinationen davon umfasst,
-- wobei Z* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Na, K,
Rb, Cs, Ag und Kombinationen davon umfasst,
wobei A* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Mg, Mn, Zn und Kombinationen davon umfasst,
wobei B* aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, AI, Ga und Kombinationen davon umfasst,
wobei C* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Si, Ge,
Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst,
wobei D* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Li, Cu und Kombinationen davon umfasst,
-- wobei E* aus der Gruppe ausgewählt ist, die P, V,
Nb, Ta und Kombinationen davon umfasst,
und wobei gilt:
0 < x* < 0,2;
0 < y* < 0,2;
0 < x*+y* < 0,4;
0 < z* < 1,
0 < n* < 4;
0 < a* < 4; 0 < b* < 4;
0 < c* < 4;
0 < d* < 4;
0 < e* < 4;
a*+b*+c*+d*+e* = 4 ;
2a*+3b*+4c*+d*+5e* = 10-y*-n*+z*;
wobei BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04 und M*(1-x*-y*_ z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] jeweils unabhängig voneinander mit einem Seltenerdelement dotiert sein können.
Bevorzugt sind BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04 und M* (1_x*_y*_z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] unabhängig voneinander mit Eu2+ dotiert. Insbesondere ist A ausgewählt aus einer Gruppe, die Na, K und/oder Li oder Kombinationen daraus umfasst. Beispielsweise ist A = Na, K und/oder Li.
Ein Sr-SiA10N ist ein Leuchtstoff, der Sr, Si, AI, 0 und N aufweist und zudem mit einem Seltenerdelement dotiert sein kann beispielsweise mit Eu2+ . Vorliegend ist mit einem Sr- SiAlON bevorzugt SrSiAl203N2 gemeint.
Diese ersten Leuchtstoffe können die Primärstrahlung
zumindest teilweise in eine erste Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm konvertieren. Die Lage Peakwellenlänge kann dabei insbesondere durch die Stoffmenge an Eu2+ eingestellt werden, die bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 10 Mol-% bezogen auf Ba in BaSi4Al3N9 : Eu2+, Sr in SrSiAl203N2 : Eu2+, Ba in
BaSi2N202 :Eu2+ und A in ALi3X04:Eu2+ liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste
Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die BaSi4Al3Ng : Eu2+, SrSiAl203N2 :Eu2+, BaSi2N202 : Eu2+, ALi3X04:Eu2+ und Kombinationen daraus umfasst
- wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst,
wobei X zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst.
AL13XO4 ist jeweils bevorzugt A2Li6Si20s (=ALi3X04 mit X = Si) , wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ALi3X04 aus einer Gruppe ausgewählt, die NaLi3Si04 : Eu2+, NaK (Li3Si04) 2 : Eu2+,
RbNa3 (Li3Si04) 4:Eu2+, CsKNa2 (Li3Si04) 4 : Eu2+, RbKNa2 (Li3Si04) 4 : Eu2+, und CsRbNaLi (Li3Si04) 4 : Eu2+ umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Teile des
Sauerstoffs von ALi3X04 mit Stickstoff ersetzt. Die
überschüssige negative Ladung kann beispielsweise durch ein Metall, das kein Alkalimetall ist ausgeglichen werden (z.B. durch ein Erdalkalimetall oder ein Übergangsmetall) . In diesem Fall handelt es sich um einen oxynitridischen
Leuchtstoff. Beispielsweise können bis zu 50 Atom%, z.B. bis zu 25 Atom% des Sauerstoffs durch Stickstoff ersetzt sein. ALi3X04 kann aber auch frei von Stickstoff sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Leuchtstoff um einen Leuchtstoff der folgenden
allgemeinen Formel: M* (1_x*_y*_z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*]
wobei M* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ca, Sr, Ba und Kombinationen davon umfasst,
wobei Z* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Na, K, Rb, Cs, Ag und Kombinationen davon umfasst,
wobei A* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Mg, Mn, Zn und Kombinationen davon umfasst,
wobei B* aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, AI, Ga und Kombinationen davon umfasst,
- wobei C* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst,
wobei D* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Li, Cu und Kombinationen davon umfasst,
wobei E* aus der Gruppe ausgewählt ist, die P, V, Nb, Ta und Kombinationen davon umfasst,
und wobei gilt:
0 < x* < 0,2;
0 < y* < 0,2;
0 < x*+y* < 0,4;
0 < z* < 1,
0 < n* < 4,
0 < a* < 4,
0 < b* < 4,
0 < c* < 4,
0 < d* < 4,
0 < e* < 4,
a*+b*+c*+d*+e* = 4;
2a*+3b*+4c*+d*+5e* = 10-y*-n*+z*,
wobei der Leuchtstoff bevorzugt mit einem Seltenerdelement dotiert ist, z.B. einem Seltenerdelement ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Ce, Eu, Yb und Kombinationen davon.
Bevorzugt ist z* < 0,9, beispielsweise ist z* < 0,5. Besonders bevorzugt gilt: x*+y*+z* -S 0,2.
Bevorzugt gilt: 2 < a* -S 3. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Kristallstruktur ähnlich der Kristallstruktur vom
UCr4C4-Typ auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Leuchtstoff um einen Leuchtstoff, der dotiert ist mit einem Dotierstoff ausgewählt aus der Gruppe der folgenden Dotierstoffe: Ce3+, Eu2+, Eu3+, Yb2+, Yb3+ oder Kombinationen davon . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste
Leuchtstoff die folgende allgemeine Formel auf:
M* (i_z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] , wobei die Elemente und Koeffizienten wie oben definiert sind und, wobei der
Leuchtstoff dotiert ist mit einem Dotierstoff ausgewählt aus der Gruppe der folgenden Dotierstoffe: Ce3+, Eu2+, Eu3+, Yb2+, Yb3+ oder Kombinationen davon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Leuchtstoff um einen Leuchtstoff der folgenden allgemeinen Formel:
M*(1_x*_y*_z*)Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] :ES*X*REV,
wobei die Elemente und Koeffizienten wie oben definiert sind und, wobei weiterhin gilt:
wobei ES* = Ce3+,
- wobei RE* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Eu2+, Eu3+, Yb2+ und Yb3+ umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet. Insbesondere ist das Konversionselement über einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers angeordnet. Die Strahlungsaustrittsfläche ist dabei eine Hauptfläche des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers beziehungsweise der Epitaxieschichtenfolge des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers. Die
Strahlungsaustrittsfläche erstreckt sich insbesondere
parallel zu einer Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichten der Schichtenfolge, beispielsweise zumindest 85 % oder 90 % der die Schichtenfolge verlassenden Strahlung über die Strahlungsaustrittsfläche aus der
Schichtenfolge heraus.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem und/oder
thermischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiter kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf
beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente oder ein lichter Abstand zwischen der einen oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein. In einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip oder der Halbleiterlaser eine aktive Epitaxieschichtenfolge, die geeignet ist, im Betrieb des Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements eine Primärstrahlung im UV- Bereich oder blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren.
Zur Erzeugung der Primärstrahlung kann die
Epitaxieschichtenfolge beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Quantentopf- oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopstruktur aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet keine Angabe über die Dimensionalität . Sie umfasst somit unter anderem
Quantentröge, Quantendrähte, Quantenpunkte und jede
Kombination dieser Strukturen. Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, im Betrieb UV-Primärstrahlung oder
Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, basiert beispielsweise auf AlInGaN. Beispielsweise basiert der Halbleiterchip auf InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
Die Wellenlänge der Primärstrahlung kann hierbei für die jeweilige Anwendung durch die Zusammensetzung, zum Beispiel das Verhältnis von Indium zu Gallium in AlInGaN, in den bevorzugten Bereich geschoben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Primärstrahlung vollständig oder nahezu vollständig in die erste Sekundärstrahlung konvertiert. Das Bauelement gemäß dieser Ausführungsform emittiert somit eine Gesamtstrahlung, die vollständig oder nahezu vollständig der ersten
Sekundärstrahlung entspricht und somit im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Dass die Gesamtstrahlung nahezu vollständig der ersten Sekundärstrahlung entspricht, bedeutet, dass sich die Gesamtstrahlung zu über 90 %, insbesondere zu über 95 %, aus der ersten Sekundärstrahlung zusammensetzt. Insbesondere in dem Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm zeigen viele Blattfarbstoffe wie Carotinoide eine hohe Absorption und können dadurch bei einer Bestrahlung mit der Gesamtstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums eines Bauelements gemäß dieser Ausführungsform effizient zur Fotosynthese angeregt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die
Gesamtstrahlung des Bauelements im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Bevorzugt liegt der Farbort der Gesamtstrahlung in einem Farbbereich, der im CIE- Farbdiagramm (1931) durch die Eckpunkte Cx/Cy = 0,1/0,1;
0,2/0,1; 0,225/0,24; 0,35/0,4 und 0,00817/0,547 aufgespannt wird. Eine Gesamtstrahlung in diesem Bereich kann Pflanzen, wie Landpflanzen und Wasserpflanzen und Mikroorganismen besonders effizient zur Fotosynthese anregen, wodurch diese ein besonders schnelles Wachstum aufweisen.
Liegt die Gesamtstrahlung im grünen Bereich des
elektromagnetischen Spektrums, weist das Konversionselement bzw. das Bauelement bevorzugt keinen weiteren als den ersten Leuchtstoff auf. Alternativ ist es möglich, dass das
Konversionselement einen weiteren Leuchtstoff aufweist, der die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen
Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm zu
konvertieren . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die
EA**X**A* * [B**(z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*, -- wobei A** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, NH4 oder eine Kombination davon umfasst;
wobei EA** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn oder eine Kombination davon umfasst;
wobei B** ausgewählt ist aus der Gruppe, die Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf oder eine Kombination davon umfasst ;
wobei C** ausgewählt ist aus der Gruppe, die AI, Ga, In, Gd, Y, Sc, La, Bi, Cr oder eine
Kombination davon umfasst;
wobei D** ausgewählt ist aus der Gruppe die Nb, Ta, V oder eine Kombination davon umfasst;
wobei E** ausgewählt ist aus der Gruppe, die W, Mo oder eine Kombination davon umfasst;
wobei sich die Partialladung d** von
[EA**x**A**y**] d** aus (2x**+y**) ergibt und dem
Invers der Partialladung e** von
[ [B**(Z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*] e* entspricht, die sich aus (4z**+3f**+5g**+6h**+4c**-
2a**-b**) zusammensetzt;
- (MgO) 4-s (MgF2) sGe02 :Mn4+ 0 < s < 4, bevorzugt s = 0,5;
bevorzugt liegt der Anteil an Mn4+ zwischen 0,01 Mol-% und einschließlich 3 Mol-% bezogen auf die Stoffmenge an Mg, besonders bevorzugt zwischen 0,01 Mol-% und einschließlich 1 Mol-% bezogen auf die Stoffmenge an Mg;
- A'2Ge409 :Mn4+ oder A ' 3A ' ' Ge80i8 : Mn4+, wobei A und A' = Li, Na, K und/oder Rb; - M'1-y.-zZzGg(BE)b(CE)c(DE)dEeN4-nOn: (RE)y., wobei M' = Ca, Sr und/oder Ba; Z = Na, K und/oder Rb; G = Mg, Mn und/oder Zn; BE = B, AI und/oder Ga; CE = Si, Ge, Ti und/oder Hf; DE = Li und/oder Cu; E = P, V, Nb und/oder Ta; RE = Eu und/oder Yb; mit 0 < y' < 0.2; 0 < z < 1; 0 < n < 0.5; 0 < g < 4,
bevorzugt 2 < g < 3; 0 < b < 4; 0 < c < 4; 0 < d < 4; 0 < e < 4; g+b+c+d+e = 4; und 2g+3b+4c+d+5e = 10-y'-n+z,
- Sr2SiNf04-i.5f mit 0 < f < 8/3 und Kombinationen daraus umfasst .
Für den Leuchtstoff der allgemeinen Formel
EA**X**A* * [B**(z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+4 c**, sind die einzelnen Elemente und Koeffzienten bevorzugt so gewählt, dass es sich bei dem Leuchtstoff um einen
Leuchtstoff der folgenden enger gefassten allgemeinen Formel handelt :
(AE) x [MFy] :Mn4+, wobei AE = Li, Na, K, Rb, Cs und/oder NH4, M = Si, Ge, Sn, Ti, Zr, AI, Ga, In, Sc, Y, La, Nb, Ta, Bi und/oder Gd, x dem absoluten Wert der Ladung von [MFy] entspricht und y = 5, 6 oder 7.
Anstelle von
EA**X**A* * [B**(z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+4 c**, kann es sich bei dem zweiten Leuchtstoff hier und im
Folgenden also auch um (AE)x[MFy] :Mn4+ handeln, wobei gilt: AE = Li, Na, K, Rb, Cs und/oder NH4, M = Si, Ge, Sn, Ti, Zr, AI, Ga, In, Sc, Y, La, Nb, Ta, Bi und/oder Gd, x dem absoluten Wert der Ladung von [MFy] entspricht und y = 5, 6 oder 7. Ein zweiter Leuchtstoff der Formel (MgO) 4_s (MgF2) sGe02 :Mn4+ kann gemäß einer Ausführungsform die Formel Mg4GeOs,sF
aufweisen . Ein zweiter Leuchtstoff der Formel A ' 2Ge409 : Mn4+ oder
A ' 3A ' ' Ge8<Oi8 : Mn4+ kann gemäß einer Ausführungsform die Formel
K2Ge409 :Mn4+; Rb2Ge409 : Mn4+ oder Li3RbGe80i8 : Mn4+ aufweisen. Ein zweiter Leuchtstoff der Formel
M'i_y.-zZzGg (BE) b (CE) c (DE) dEe 4-nOn: (RE) y. kann gemäß einer
Ausführungsform die Formel Sr [LiAl3N4] :Eu2+ oder
Sr[LiAl3N4] : Yb2+ aufweisen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt die
(Ca, Sr) AlSiN3:Eu2+, (Ca, Sr) AIS1N3 : Yb2+; (Sr, Ca) 3A1203 :Eu2+; (Sr,
Ca,Ba) 2Si5N8:Eu2+; SrSiN2 : Eu2+; SrAlSi4N7 : Eu2+; Ca5Si2Al2N8 : Eu2+;
CaS:Eu2+; Sr [LiAl3N4] :Eu2+; Sr [LiAl3N4] : Yb2+; K2Ge409 :Mn4+;
Rb2Ge409 :Mn4+; Li3RbGe80i8 :Mn4+; Sr4Al14025 :Mn4+; Mg2Ti04 :Mn4+;
CaZr03 :Mn4+; Gd3Ga5Oi2 :Mn4+; Al203 :Mn4+; GdA103 :Mn4+; LaA103:Mn4+;
LiAl508 :Mn4+; SrTi03 : Mn4+ ; Y2Ti207 : Mn4+ ; Y2Sn207 : Mn4+ ;
CaAl120i9:Mn4+; MgO:Mn4+; Ba2LaNb06 :Mn4+; K2SiF6 :Mn4+;
Na2SiF6:Mn4+;K2TiF6:Mn4+; Mg4Ge05, 5F : Mn4+ und Kombinationen daraus umfasst. Insbesondere kann durch die Konzentration von
Eu2+, Yb2+ oder Mn4+ die Lage der Peakwellenlänge der zweiten
Leuchtstoffe beeinflusst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Primärstrahlung teilweise in die erste und die zweite
Sekundärstrahlung konvertiert und das Bauelement emittiert eine weiße Gesamtstrahlung. Die weiße Gesamtstrahlung
resultiert gemäß dieser Ausführungsform aus der Überlagerung der Primärstrahlung und der ersten und der zweiten
Sekundärstrahlung. Bevorzugt ist dabei eine Kombination eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2N202 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel Sr [LiAl3N4] :Eu2+, eines ersten
Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3N9 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel Mg4GeOs, 5F : Mn4+, eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einem zweiten
Leuchtstoff der Formel K2SiF6:Mn4+, eines ersten Leuchtstoffs der Formel AL13XO4 : Eu2+, bevorzugt mit der Formel
A2Li6Si2<08 : Eu2+, mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel
K2SiF6:Mn4+ oder eines ersten Leuchtstoffs der Formel
SrSiAl203 2 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel
K2SiF6:Mn4+. Besonders bevorzugt ist dabei eine Kombination eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2 202 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel Sr [LiAl3 4] :Eu2+, eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einem zweiten
Leuchtstoff der Formel Mg4GeOs, 5F : Mn4+, eines ersten
Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einem zweiten
Leuchtstoff der Formel K2SiF6:Mn4+ oder eines ersten
Leuchtstoffs der Formel SrSiAl203 2 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel K2SiF6:Mn4+. Die Gesamtstrahlung solcher Bauelemente hat sich als besonders effizient
hinsichtlich der Förderung des Pflanzenwachstums
beziehungsweise der Förderung des Wachstums von
Mikroorganismen ergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement einen oder mehrere weitere Leuchtstoffe, die die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen oder roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums
konvertieren. Die weiteren Leuchtstoffe können also
zusätzlich zu dem ersten Leuchtstoff oder dem ersten und dem zweiten Leuchtstoff in dem Konversionselement vorhanden sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der weitere
Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt, die Ce3+-dotierte Granate, Eu2+-dotierte Nitride, Ce3+-dotierte Nitride, Eu2+- dotierte Oxynitride, Eu2+-dotierte Sulfide, Eu2+-dotierte - und ß-SiA10Ne, Eu2+-dotierte Nitridoorthosilikate, Eu2+- dotierte Orthosilikate, Eu2+-dotierte Chlorosilikate, Eu2+- dotierte Chlorophosphate, Eu2+-dotierte Aluminate, Eu2+- dotierte Halophosphate und Kombinationen daraus umfasst.
Der Ce3+-dotierte Granat-Leuchtstoff kann gemäß einer
Ausführungsform die Formel (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali_x, Gax) 5O12 : Ce3+ aufweisen. Beispielsweise ist der Leuchtstoff Y3AI5O12 : Ce3+
Figure imgf000019_0001
Der Eu2+-dotierte Nitrid-Leuchtstoff kann gemäß einer
Ausführungsform die Formel (Ca, Sr) AlSiN3 : Eu2+,
Sr (Ca, Sr) Si2Al2N6:Eu2+ oder (Ca, Ba, Sr) 2Si5N8 : Eu2+ aufweisen. Der Eu2+-dotierte Oxynitrid-Leuchtstoff kann gemäß einer Ausführungsform die Formel (Sr, Ca) AlSiN3*Si2N20:Eu2+ oder (Ba, Sr, Ca) Si202N2 : Eu2+ aufweisen .
Der Ce3+-dotierte Nitrid-Leuchtstoff kann gemäß einer
Ausführungsform die Formel (Ca, Sr) AI (1_4x/3) Si (i+X)N3 : Ce3+ mit x = 0,2 - 0,5 aufweisen.
Ein Eu2+-dotiertes Orthosilikat kann gemäß einer
Ausführungsform die Formel (Ba, Sr, Ca) 2Si04 : Eu2+ aufweisen.
Ein Eu2+-dotiertes Nitridoorthosilikat kann dabei
beispielsweise die Formel AE*2_x-aRExEuaSii-y04-x-2yNx aufweisen, wobei AE*= Sr, Ba, Ca und/oder Mg und RE zumindest ein Metall der Seltenen Erden, beispielsweise Eu, ist. Weiter gilt: 0 < x < 0,1, bevorzugt 0,003 < x < 0,02 und 0 < a < 0,2,
bevorzugt 0,02 < a ^ 0,15 und 0 ^ y ^ 0,5. Bevorzugt enthält EA zumindest Sr und Ba, besonders bevorzugt enthält EA zumindest Sr und Ba, wobei gilt 0,5 -S Ba:Sr < 2, besonders bevorzugt 0,75 -S Ba:Sr < 1,25.
Ein Eu2+-dotierte Chlorosilikat kann gemäß einer
Ausführungsform die Formel Ca8Mg (Si04) 4CI2 :Eu2+ aufweisen.
Ein Eu2+-dotiertes ß-Sialon kann gemäß einer Ausführungsform ein Oxinitrid oder Nitrid sein, das in der gleichen
Kristallstruktur kristallisiert wie ß-Si3N4, in das
zusätzlich ein Metall der Seltenen Erden in Form einer festen Lösung eingebaut ist. Bevorzugt folgt das ß-Sialon der allgemeinen Formel Si6-ZA1Z0ZN8_Z : RE oder Si6-xAlzOyN8_y:REz, mit 0 < x < 4, 0 < y < 4, 0 < z < l und RE zumindest ein Metall der Seltenen Erden. Bevorzugt ist RE Eu2+ und/oder Yb2+ .
Ein Eu2+-dotiertes Aluminat weist beispielsweise die Formel BaMgAl10Oi7 :Eu2+ auf.
Ein Eu2+-dotiertes Halophosphat beziehungsweise
Chlorophosphat weist beispielsweise die Formel
Sr5 (P04) 3C1 :Eu2+ (kurz: SCAP) auf.
Als weitere Leuchtstoffe können gemäß einer Ausführungsform Mn2+-dotierte Leuchtstoffe eingesetzt werden. Insbesondere können als Mn2+-dotierte Leuchtstoffe (Sr, Ca, Ba, Mg) 2Si5N8 :Mn2+; BaMg(i_x)Mn (II) xAlioOi7 mit 0 <x < 1 ; (Ba, Ca) ZnOS :Mn2+; ZnGeN2:Mn2+ oder γ-Α10Ν:Μη2+ eingesetzt werden.
Als weitere Leuchtstoffe können gemäß einer Ausführungsform Halbleiter-Nanopartikel verwendet werden. Die Halbleiter-
Nanopartikel können dabei beispielweise aus CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgTe, HgSe, GaP, GaAs, GaSb, AIP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, InN, A1N oder Mischkristallen oder Kombinationen der genannten Halbleitermaterialien gebildet sein. Bei den Mischkristallen kann es sich
beispielweise um ternäre oder quaternäre Mischkristalle handeln .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Spektrum der weißen Gesamtstrahlung mindestens drei und maximal fünf, bevorzugt drei Intensitätsmaxima im Bereich von
einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Die Intensitätsmaxima umfassen die Peakwellenlängen des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers und die Peakwellenlängen des ersten
Leuchtstoffs, des zweiten Leuchtstoffs und optional eines weiteren Leuchtstoffs und somit die Hauptpeaks des
Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers und die Hauptpeaks des ersten, des zweiten und optional eines weiteren
Leuchtstoffs. Ferner umfassen die Intensitätsmaxima bezogen auf die Peakwellenlängen relative Intensitätsmaxima, die eine Intensität von über 65 % der Intensität der Peakwellenlänge aufweisen und somit Peaks, die eine Intensität über 65 % bezogen auf die Hauptpeaks aufweisen. Nicht unter die
Definition eines Intensitätsmaximums fallen damit Peaks, die eine Intensität von unter 65 % bezogen auf die Hauptpeaks aufweisen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt mindestens jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm. Bevorzugt liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis
einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Intensitätsmaxima bevorzugt um die Peakwellenlängen des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers und die Peakwellenlängen des ersten Leuchtstoffs und des zweiten Leuchtstoffs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt kein
Intensitätsmaximum im Bereich von 500 bis 600 nm. Dies ist vorliegend besonders bevorzugt, da Blattfarbstoffe in diesem Bereich nicht oder kaum absorbieren und damit nicht oder kaum zur Förderung von Pflanzenwachstum beitragen. Mit Vorteil wird von dem Bauelement damit eine Gesamtstrahlung erzeugt, die weiß und sehr energieeffizient im Hinblick auf die
Beleuchtung und das Wachstum von Pflanzen und/oder
Mikroorganismen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der Farbort der weißen Gesamtstrahlung in einem Farbbereich, der im CIE- Farbdiagramm auf einer Linie des Schwarzkörper-Strahlers oder mit einer Abweichung von der Linie des Schwarzkörper- Strahlers von bis zu ± 0,02 Cx und/oder ±0,02 Cy, bevorzugt ±0,015 Cx und/oder ± 0,015 Cy liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die
Farbtemperatur der weißen Gesamtstrahlung zwischen
einschließlich 30000 K und einschließlich 2700 K, bevorzugt zwischen einschließlich 20000 K und 3500 K.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfüllt das Spektrum der weißen Gesamtstrahlung des Bauelements das Kriterium, dass mehr als 60 %, bevorzugt mehr als 75 %, besonders bevorzugt mehr als 95 % der emittierenden Photonen des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in einem Wellenbereich liegen, in dem die Superposition der Absorption der Blattfarbstoffe Chlorophyll A und Chlorophyll B und Carotinoid eine hohe Absorption besitzen.
Unter einer hohen Absorption wird eine Absorption verstanden, die mindestens 10 %, bevorzugt 20 %, 25 %, 30 % oder 50 % der Extinktion bezogen auf das Maximum der Absorption im Bereich von 400 nm bis 800 nm beträgt. Die Absorptionsspektren von Chlorophyll A und Chlorophyll B und ß-Carotin sind in Figur 10 gezeigt (Ustin et al . , Remote Sensing of Environment 113, Supplemental 1, 2009, S67-S77) .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen mehr als 60 %, bevorzugt mehr als 75 %, besonders bevorzugt mehr als 95 % der emittierten Photonen des Bauelements in einem
Wellenlängenbereich, in dem die Absorption der
Blattfarbstoffe einer Grünalge eine hohe Absorption besitzen. Als Referenzspektrum für die Absorption der Blattfarbstoffe einer Grünalge kann beispielsweise das in Figur 11 gezeigte Absorptionsspektrum von Scenedesmos Acutos verwendet werden (Zeinalov et al . , Bulg. J. Plant Physiol., 2000, 26(1-2), 58- 59) .
In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen
weiteren Halbleiterchip oder Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten
Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert.
Bevorzugt liegt die Peakwellenlänge im Bereich von einschließlich 600 nm und einschließlich 700 nm. Das Konversionselement umfasst einen ersten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine erste Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des
elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm zu konvertieren und der erste Leuchtstoff ist aus einer Gruppe ausgewählt, die BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04,
M* (1_x*_y*_z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] und Kombinationen daraus umfasst,
wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst,
wobei X zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und
Kombinationen davon umfasst;
wobei M* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ca, Sr, Ba und Kombinationen davon umfasst,
wobei Z* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Na, K, Rb, Cs, Ag und Kombinationen davon umfasst,
wobei A* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Mg, Mn, Zn und Kombinationen davon umfasst,
wobei B* aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, AI, Ga und Kombinationen davon umfasst,
-- wobei C* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Si, Ge,
Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst,
wobei D* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Li, Cu und Kombinationen davon umfasst,
wobei E* aus der Gruppe ausgewählt ist, die P, V, Nb, Ta und Kombinationen davon umfasst,
und wobei gilt:
0 < x* < 0,2;
0 < y* < 0,2;
0 < x*+y* < 0,4;
0 < z* < 1,
0 < n* < 4,
0 < a* < 4
0 < b* < 4 0 < c* < 4;
0 < d* < 4;
0 < e* < 4;
a*+b*+c*+d*+e* = 4 ;
2a*+3b*+4c*+d*+5e* = 10-y*-n*+z*;
wobei BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04 und M*(1-x*-y*_ z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] jeweils unabhängig voneinander mit einem Seltenerdelement dotiert sein können. Das Bauelement gemäß dieser Ausführungsform ist dazu
eingerichtet, eine weiße Gesamtstrahlung zu emittieren.
Das zu den einzelnen Leuchtstoffen und ihren bevorzugten Ausführungsformen bereits zuvor gesagte gilt entsprechend für bevorzugte Ausführungsformen der soeben genannten
Ausführungsform.
Beispielsweise handelt es sich bei AL13XO4 um A2Li6Si20s. Ein weiterer Halbleiterchip oder Halbeiterlaser, der im
Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, basiert
beispielsweise auf InGaAlP. Beispielsweise basiert der weitere Halbleiterchip auf InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Die gewünschte Wellenlänge kann durch die Materialzusammensetzung eingestellt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen
weiteren Halbleiterchip oder Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Bevorzugt liegt die Peakwellenlänge im Bereich von einschließlich 475 nm und einschließlich 500 nm. Das Konversionselement umfasst einen zweiten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist, die
Primärstrahlung zumindest teilweise in eine zweite
Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm zu konvertieren und der zweite Leuchtstoff ist aus einer Gruppe ausgewählt, die
EA**X**A* * [B**(z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*, wobei A** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, NH4 oder eine
Kombination davon umfasst;
wobei EA** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn oder eine Kombination davon umfasst;
wobei B** ausgewählt ist aus der Gruppe, die Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf oder eine Kombination davon umfasst ;
wobei C** ausgewählt ist aus der Gruppe, die AI,
Ga, In, Gd, Y, Sc, La, Bi, Cr oder eine
Kombination davon umfasst;
-- wobei D** ausgewählt ist aus der Gruppe die Nb, Ta,
V oder eine Kombination davon umfasst;
wobei E** ausgewählt ist aus der Gruppe, die W, Mo oder eine Kombination davon umfasst;
wobei sich die Partialladung d** von
[EA**x**A**y**] d** aus (2x**+y**) ergibt und dem
Invers der Partialladung e** von
[ [B**(Z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*]e** entspricht, die sich aus (4z**+3f**+5g**+6h**+4c**- 2a**-b**) zusammensetzt;
- (MgO) 4-s (MgF2) sGe02 :Mn4+, wobei 0 < s < 4, bevorzugt s = 0,5
Mn4+ zwischen 0,01 Mol-% und einschließlich 3 Mol-%, besonders bevorzugt bezogen auf die Stoffmenge an Mg, zwischen 0,01 Mol-% und einschließlich 1 Mol-% bezogen auf die Stoffmenge an Mg;
- A'2Ge409 :Mn4+ oder A ' 3A ' ' Ge80i8 : Mn4+, wobei A und A' = Li, Na, K und/oder Rb;
- M'1-y.-zZzGg(BE)b(CE)c(DE)dEeN4-nOn: (RE)y., wobei M' = Ca, Sr und/oder Ba; Z = Na, K und/oder Rb; G = Mg, Mn und/oder Zn; BE = B, AI und/oder Ga; CE = Si, Ge, Ti und/oder Hf; DE = Li und/oder Cu; E = P, V, Nb und/oder Ta; RE = Eu und/oder Yb; mit 0 < y' < 0.2; 0 < z < 1; 0 < n < 0.5; 0 < g < 4,
bevorzugt 2 < g < 3; 0 < b < 4; 0 < c < 4; 0 < d < 4; 0 < e < 4; g+b+c+d+e = 4; und 2g+3b+4c+d+5e = 10-y'-n+z;
- Sr2Si f04-i.5f, wobei 0 < f < 8/3 und Kombinationen daraus umfasst. Das Bauelement gemäß dieser Ausführungsform ist dazu eingerichtet, eine weiße Gesamtstrahlung zu emittieren.
Anstelle von
EA**X**A* * [B**(z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+4 c**, kann es sich bei dem zweiten Leuchtstoff auch um
(AE ) x [MFy] : Mn4+ handeln, wobei gilt: AE = Li, Na, K, Rb, Cs und/oder NH4, M = Si, Ge, Sn, Ti, Zr, AI, Ga, In, Sc, Y, La, Nb, Ta, Bi und/oder Gd, x dem absoluten Wert der Ladung von [MFy] entspricht und y = 5, 6 oder 7.
Ein weiterer Halbleiterchip oder Halbeiterlaser, der im
Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, basiert
beispielsweise auf AlInGaN oder ZnO. Beispielsweise basiert der Halbleiterchip oder Halbeiterlaser auf InxAlyGai-x-yN mit 0
< x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Auch hier kann die gewünschte Wellenlänge durch die Materialkomposition eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die Peakwellenlänge des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers und die Peakwellenlänge des weiteren Halbleiterchips oder des weiteren Halbleiterlasers um mindestens 25 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Leuchtstoffen um ein Pulver. Die Pulver können Partikel aufweisen, wobei die mittlere Partikelgröße bevorzugt im Bereich von 50 nm bis 100 ym, besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 35 ym liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement ein Matrixmaterial. Das Konversionselement kann aus dem ersten Leuchtstoff und dem Matrixmaterial, aus dem ersten Leuchtstoff, einem weiteren Leuchtstoff, der die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich konvertiert, und dem Matrixmaterial, aus dem zweiten
Leuchtstoff und dem Matrixmaterial, aus dem zweiten
Leuchtstoff und einem weiteren Leuchtstoff, der die
Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im roten Bereich konvertiert, und dem Matrixmaterial, aus dem ersten
Leuchtstoff, dem zweiten Leuchtstoff und dem Matrixmaterial oder aus dem ersten Leuchtstoff, dem zweiten Leuchtstoff, einem weiteren Leuchtstoff, der die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im grünen und/oder roten Bereich
konvertiert und dem Matrixmaterial bestehen. Die Leuchtstoffe sind dabei bevorzugt in dem Matrixmaterial eingebettet. Es ist möglich, dass die Leuchtstoffe homogen in dem
Matrixmaterial verteilt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Leuchtstoffe mit einem Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial verteilt sind. Das Matrixmaterial weist insbesondere eines der folgenden Materialien auf oder besteht hieraus: ein Silikon, ein Glas, ein Epoxidharz. Eine mögliche Ausführung des Konversionselements ist die Ausführung in Form eines Vergusses, wobei der Verguss den Halbleiterchip oder den Halbleiterlaser formschlüssig
umhüllt. Des Weiteren kann der den Halbleiterchip oder
Halbleiterlaser formschlüssig umhüllende Verguss an den
Seitenwänden zum Beispiel durch ein Gehäuse stabilisiert werden und befindet sich beispielsweise in einer Ausnehmung eines solchen Gehäuses. Ist ein weiterer Halbleiterchip oder Halbleiterlaser von dem Bauelement umfasst, kann dieser von dem Verguss auch formschlüssig umhüllt sein.
Weiter kann das Konversionselement als Konversionsschicht ausgeführt sein. Bei der Konversionsschicht besteht ein direkter Kontakt zwischen Konversionsschicht und dem
Halbleiterchip oder dem Halbleierlaser, wobei die Dicke der Konversionsschicht beispielsweise kleiner ist als die Dicke des Halbleiterchips oder des Halbleierlasers und zum Beispiel konstant an allen Strahlungsaustrittsflächen ausgebildet sein kann. Das Aufbringen einer solchen Konversionsschicht erfolgt insbesondere durch folgende Verfahren: Spraycoating,
Spritzgießen, Spritzpressen, Jetten, Dispensen oder
Elektrophorese .
In einer Ausführungsform liegen die Leuchtstoffe zu 5 bis 75 Gew%, bevorzugt zu 15 bis 60 Gew% bezogen auf die Gesamtmasse an Leuchtstoffen und Matrixmaterial vor.
Das Konversionselement kann ferner die Form einer Platte oder einer Folie einnehmen. Die Platte oder die Folie ist über dem Halbleiterchip oder dem Halbleiterlaser angeordnet. Bei diesen weiteren Varianten der Ausführung des
Konversionselements besteht nicht notwendigerweise ein direkter und/oder formschlüssiger Kontakt des Konversionselements mit dem Halbleiterchip oder dem
Halbleiterlaser. Das heißt, dass zwischen dem
Konversionselement und dem Halbleiterchip oder dem
Halbleiterlaser ein Abstand bestehen kann. Mit anderen Worten ist das Konversionselement dem Halbleiterchip oder dem
Halbleiterlaser nachgeordnet und wird von der Primärstrahlung angestrahlt. Zwischen dem Konversionselement und dem
Halbleiterchip oder dem Halbleiterlaser kann dann ein
Vergusskörper oder ein Luftspalt ausgebildet sein.
Vorteilhaft bei dieser geometrischen Anordnung ist es, dass es insbesondere aufgrund des Abstands zwischen dem
Konversionselement und dem Halbleiterchip oder dem
Halbleiterlaser zu einer reduzierten Erwärmung des
Konversionselements durch Abwärme des Halbleiterchips oder des Halbleiterlasers kommt.
In einer Ausführungsform besteht das Konversionselement aus dem ersten Leuchtstoff, aus dem ersten Leuchtstoff und einem weiteren Leuchtstoff, der die Primärstrahlung in eine
Sekundärstrahlung im grünen Bereich konvertiert, aus dem zweiten Leuchtstoff, aus dem zweiten Leuchtstoff und einem weiteren Leuchtstoff, der die Primärstrahlung in eine
Sekundärstrahlung im roten Bereich konvertiert, aus dem ersten Leuchtstoff und dem zweiten Leuchtstoff oder aus dem ersten Leuchtstoff, dem zweiten Leuchtstoff und einem
weiteren Leuchtstoff, der die Primärstrahlung in eine
Sekundärstrahlung im grünen und/oder roten Bereich
konvertiert. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Keramik der Leuchtstoffe handeln. Beispielsweise handelt es sich bei der in der Ausführungsform des Konversionselements als Platte, um eine Platte bestehend aus einer Keramik der Leuchtstoffe . Beispielsweise kann es sich bei dem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode (LED) handeln .
Die angegebenen Ausführungsformen des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements können für nachfolgend
genannte Verwendungen eingesetzt werden. Alle Merkmale des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements sind auch für dessen Verwendung offenbart und umgekehrt.
Es wird eine Verwendung des strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements gemäß den oben genannten
Ausführungsformen zur Beleuchtung von Pflanzen, insbesondere Land- und Wasserpflanzen, und Mikroorganismen, insbesondere fotosynthesefähige Mikroorganismen angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Pflanzen durch die von dem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement emittierte Gesamtstrahlung zur Fotosynthese angeregt .
Gemäß einer Ausführungsform wird die von dem
strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement
emittierte Gesamtstrahlung von Blattfarbstoffen der Pflanzen, insbesondere von Chlorophyll A, Chlorophyll B, Carotinoiden, Scenedesmos Acutos, Zeaxanthinen, Lycopenen und/oder
Luteinen, bevorzugt von Chlorophyll A, Chlorophyll B,
Carotinoiden und/oder Scenedesmos Acutos absorbiert. Die Absorption der Gesamtstrahlung entspricht dabei insbesondere dem ersten Schritt der Fotosynthese bei Pflanzen. Damit kann das Pflanzenwachstum durch eine gesteigerte Fotosyntheserate gesteigert werden. Insbesondere bei der Verwendung oder bei der Emission einer weißen Gesamtstrahlung sind auf der Pflanze Verfärbungen, beispielsweise durch Pilze oder
Mangelerscheinungen, erkennbar.
Die genannten Blattfarbstoffe absorbieren stark im Bereich von 400 nm bis 520 nm und 610 nm bis 720 nm. Dadurch können diese eine Gesamtstrahlung im grünen Bereich mit einer
Peakwellenlänge im Bereich von einschließlich 475 nm und einschließlich 500 nm oder eine weiße Gesamtstrahlung mit einer Peakwellenlänge im Bereich von einschließlich 475 nm und einschließlich 500 nm und im Bereich einschließlich 600 nm und einschließlich 700 nm besonders effizient absorbieren. Dadurch eignen sich die erfindungsgemäßen
strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelemente, besonders um die Fotosyntheserate zu steigern und damit das Wachstum von Pflanzen zu fördern. Anwendung kann das
Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement
beispielweise in Gewächshäusern finden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Figuren 1A und 1B zeigen schematische Seitenansichten
verschiedener Ausführungsformen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen,
Figuren 2A bis 9A zeigen Emissionsspektren verschiedener Ausführungsbeispiele von strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelementen,
Figuren 2B bis 9B zeigen, wie viel Prozent der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung eines Ausführungsbeispiels eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in einem Bereich liegen, in dem das Absorptionsspektrum einer Grünalge mindestens 10 % Intensität bezogen auf das Maximum aufweist, Figuren 2C, 4C, 6C, 7C, 8C und 9C zeigen Farborte der weißen Gesamtstrahlung verschiedener Ausführungsbeispiele von
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen im CIE-Farbdiagramm (1931), Figur 10 zeigt das Absorptionsspektrum von Chlorophyll A, Chlorophyll B und einem Carotinoid,
Figur 11 zeigt das Absorptionsspektrum von Scenedesmus
Acutos ,
Figur 12 zeigt einen Farbbereich, der im CIE-Farbdiagramm (1931) im grünen Bereich liegt.
Das in Figur 1A dargestellte Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 weist einen Halbleiterchip 2 auf, der im Betrieb
Primärstrahlung im UV-Bereich oder blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Der Halbleiterchip 2 basiert auf Aluminiumindiumgalliumnitrid. Der Halbleiterchip 2 ist auf einem ersten Anschluss 4 und einem zweiten
Anschluss 5 befestigt und elektrisch mit diesen Anschlüssen kontaktiert. Die Anschlüsse 4, 5 sind mit
Durchkontaktierungen 4a und 5a elektrisch verbunden. Bei dem in Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite elektrische Anschluss 4, 5 in ein lichtundurchlässiges, zum Beispiel vorgefertigtes,
Grundgehäuse 10 mit einer Ausnehmung 11 eingebettet. Unter vorgefertigt ist zu verstehen, dass das Grundgehäuse 10 bereits an den Anschlüssen 4, 5 beispielsweise mittels
Spritzguss fertig gebildet ist, bevor der Halbleiterchip 2 auf die Anschlüsse 4, 5 montiert wird. Das Grundgehäuse 10 umfasst zum Beispiel einen lichtundurchlässigen Kunststoff und die Ausnehmung 11 kann mit einer reflektierenden
Beschichtung der Innenwände beschichtet sein. Die Anschlüsse 4, 5 sind aus einem Metall gebildet, das eine Reflektivität für die Primär- und/oder Sekundärstrahlung größer als 60 %, bevorzugt größer als 70 %, bevorzugt größer als 80 %, aufweist, beispielsweise Silber oder Gold.
Das Konversionselement 3 ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 1A in Form eines Vergusses ausgebildet und füllt die Ausnehmung 11 aus. Dabei umfasst das Konversionselement 3 ein Silikon oder ein Epoxidharz, in dem Partikel eines ersten Leuchtstoffs und Partikel eines zweiten Leuchtstoffs
eingebettet sind. Bevorzugt ist dabei eine Kombination eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2 202 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel Sr [LiAl3 4] :Eu2+, eines ersten
Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einem zweiten
Leuchtstoff der Formel Mg4GeOs, 5F : Mn4+, eines ersten
Leuchtstoff der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einem zweiten
Leuchtstoff der Formel K2SiF6:Mn4+, eines ersten Leuchtstoffs der Formel A2Li6Si20s : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel K2SiF6:Mn4+ oder eines ersten Leuchtstoff der Formel SrSiAl203 2 : Eu2+ mit einem zweiten Leuchtstoff der Formel K2SiF6:Mn4+. Der erste Leuchtstoff konvertiert die
Primärstrahlung teilweise in eine Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und der zweite
Leuchtstoff konvertiert die Primärstrahlung teilweise in eine Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Gesamtstrahlung des Bauelements ergibt sich aus einer Überlagerung der Primär- und der Sekundärstrahlung und ist weiß. Die Gesamtstrahlung wird in diesem
Ausführungsbeispiel nach oben über das Konversionselement 3 abgestrahlt .
In dem in Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 ist das Konversionselement 3 im Unterschied zu dem Bauelement in Figur 1A als eine Schicht ausgebildet, die über dem
Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Die Schicht ist über der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet. Es ist möglich, dass die Schicht die Seitenwände des
Halbleiterchips bedeckt (hier nicht gezeigt) . In den Figuren 2A bis 9A ist jeweils auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die relative
Intensität rl aufgetragen.
In den Figuren 2B bis 9B sind jeweils die relative Absorption von einer Grünalge (rA) und die in diesem Bereich liegenden emittierten Photonen (P) der Gesamtstrahlung eines
strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in Prozent gegenübergestellt. In den Figuren 2C und 4C und 6C bis 9C ist jeweils ein
Farbort der Gesamtstrahlung eines Ausführungsbeispiels eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in der CIE-Normtafel 1931 gezeigt, wobei jeweils auf der x-Achse der x-Anteil der Grundfarbe Rot (Cx) und auf der y-Achse der y- Anteil der Grundfarbe Grün (Cy) aufgetragen sind. Die
unterschiedlich schraffierten Bereiche deuten die
unterschiedlichen Farbbereiche an. Der jeweils unschraffierte Bereich zeigt jeweils weiße Farborte innerhalb der CIE- Normtafel .
In Figur 2A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus. Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2<02 2 : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
Mg4Ge05, 5F : Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Insgesamt ist die Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE- Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,323 und Cy = 0,327
(dargestellt in Figur 2C) . Das Spektrum weist damit drei
Intensitätsmaxima (Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm.
Aus Figur 2C ist ersichtlich, dass der Farbort der weißen Gesamtstrahlung G in einem Farbbereich liegt, der mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und ±0,02 Cy um die Linie des Schwarzkörper-Strahlers (SKL) liegt.
Aus Figur 2B ist unter anderem ersichtlich, dass 99 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des Bauelements in einem Wellenlängenbereich liegen, in dem die relative
Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,1, also 10 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese und so zum Wachstum angeregt werden. Der Tabelle sind weitere Anteile an
emittierten Photonen des Bauelements bei relativen
Extinktionen von Grünalgen entnehmbar.
In Figur 3A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 420 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2<02 2 : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im
Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
Mg4Ge05, 5F : Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Insgesamt ist die Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE- Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,311 und Cy = 0,311. Das
Spektrum weist damit drei Intensitätsmaxima (Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm. Aus Figur 3B ist unter anderem ersichtlich, dass 99 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des Bauelements in einem Wellenlängenbereich liegen, in dem die relative
Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,1, also 10 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden.
In Figur 4A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2<02 2 : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im
Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
K2SiF6:Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Das Spektrum weist vier
Intensitätsmaxima auf. Drei der Intensitätsmaxima entsprechen Pb, Pg und Pr, das vierte ist mit IM gekennzeichnet. IM ist bezogen auf den Hauptpeak mit der Peakwellenlänge Pr ein relatives Intensitätsmaximum, das eine Intensität von über 65 % der Intensität der Peakwellenlänge Pr aufweist. Es liegen damit ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und zwei Intensitätsmaxima im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm. Insgesamt ist die Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE- Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,314 und Cy = 0,312
(dargestellt in Figur 4C) .
Aus Figur 4C ist ersichtlich, dass der Farbort der weißen Gesamtstrahlung G in einem Farbbereich liegt, der mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und ±0,02 Cy um die Linie des Schwarzkörper-Strahlers (SKL) liegt.
Aus Figur 4B ist unter anderem ersichtlich, dass 99 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des Bauelements in einem Wellenlängenbereich liegen, in dem die relative
Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,1, also 10 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden. Der Tabelle sind weitere Anteile an emittierten Photonen des Bauelements bei relativen Extinktionen von Grünalgen entnehmbar.
In Figur 5A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi2<02 2 : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
Sr [AI3L1N4 ] : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Insgesamt ist die Gesamtstrahlung G weiß. Das Spektrum weist damit drei Intensitätsmaxima
(Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von
einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im
Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm.
In der Tabelle der Figur 5B sind Anteile an emittierten
Photonen der Gesamtstrahlung des Bauelements bei relativen Extinktionen von Grünalgen gezeigt. Beispielweise liegen 99 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des
Bauelements in einem Wellenlängenbereich, in dem die relative Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,1, also 10 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden.
In Figur 6A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
Mg4Ge05, 5F : Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Insgesamt ist die Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE- Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,316 und Cy = 0,312
(dargestellt in Figur 6C) . Das Spektrum weist damit drei Intensitätsmaxima (Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im
Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm.
Aus Figur 6C ist ersichtlich, dass der Farbort der weißen Gesamtstrahlung G in einem Farbbereich liegt, der mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und ±0,02 Cy um die Linie des Schwarzkörper-Strahlers (SKL) liegt.
In der Tabelle der Figur 6B sind Anteile an emittierten
Photonen der Gesamtstrahlung des Bauelements bei relativen Extinktionen von Grünalgen gezeigt. Beispielweise liegen 68 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des
Bauelements in einem Wellenlängenbereich, in dem die relative Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,5, also 50 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden. In Figur 7A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
K2SiF6:Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Insgesamt ist die Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE- Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,321 und Cy = 0,308
(dargestellt in Figur 7C) . Das Spektrum weist damit drei Intensitätsmaxima (Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis einschließlich 485 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis
einschließlich 700 nm.
Aus Figur 7C ist ersichtlich, dass der Farbort der weißen Gesamtstrahlung G in einem Farbbereich liegt, der mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und ±0,02 Cy um die Linie des Schwarzkörper-Strahlers (SKL) liegt.
In der Tabelle der Figur 7B sind Anteile an emittierten
Photonen der Gesamtstrahlung des Bauelements bei relativen Extinktionen von Grünalgen gezeigt. Beispielweise liegen 93 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des
Bauelements in einem Wellenlängenbereich, in dem die relative Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,25, also 25 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden.
In Figur 8A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel A2Li6Si20s : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im
Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
K2SiF6:Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Bei dem ersten Leuchtstoff von Figur 8 (Wellenlängenbereich 470 bis 500 nm) handelt es sich konkret um NaK (LisSiC ) 2 : Eu2+ . Insgesamt ist die
Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE-Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,322 und Cy = 0,310 (dargestellt in Figur 8C) . Das Spektrum weist damit drei Intensitätsmaxima (Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm.
Aus Figur 8C ist ersichtlich, dass der Farbort der weißen Gesamtstrahlung G in einem Farbbereich liegt, der mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und ±0,02 Cy um die Linie des Schwarzkörper-Strahlers (SKL) liegt.
In der Tabelle der Figur 8B sind Anteile an emittierten
Photonen der Gesamtstrahlung des Bauelements bei relativen
Extinktionen von Grünalgen gezeigt. Beispielweise liegen 89 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des
Bauelements in einem Wellenlängenbereich, in dem die relative Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,3, also 30 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden.
In Figur 9A ist ein Spektrum der Gesamtstrahlung G eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements angegeben. Zusätzlich zeigt das Diagramm die Absorption A einer Grünalge am Beispiel von Scenedesmus Acutus.
Die Gesamtstrahlung G setzt sich aus einer Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge (Pb) von etwa 445 nm, einer
Sekundärstrahlung im grünen Bereich eines ersten Leuchtstoffs der Formel SrSiAl203 2 : Eu2+ mit einer Peakwellenlänge (Pg) im Bereich von 475 nm bis 500 nm und einer Sekundärstrahlung im roten Bereich eines zweiten Leuchtstoffs der Formel
K2SiF6:Mn4+ mit einer Peakwellenlänge (Pr) im Bereich von 600 nm bis 700 nm zusammen. Figur 9A zeigt also die Leuchtstoffe SrSiAl203N2 :Eu2+ + K2SiF6:Mn4+. Insgesamt ist die
Gesamtstrahlung G weiß. Der Farbort der Gesamtstrahlung liegt im CIE-Farbdiagramm (1931) bei Cx = 0,294 und Cy = 0,266 (dargestellt in Figur 9C) . Das Spektrum weist damit drei Intensitätsmaxima (Pb,Pg,Pa) im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm auf. Dabei liegt jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm.
Aus Figur 9C ist ersichtlich, dass der Farbort der weißen Gesamtstrahlung G in einem Farbbereich liegt, der mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und ±0,02 Cy um die Linie des Schwarzkörper-Strahlers (SKL) liegt.
In der Tabelle der Figur 9B sind Anteile an emittierten
Photonen der Gesamtstrahlung des Bauelements bei relativen Extinktionen von Grünalgen gezeigt. Beispielweise liegen 68 % der emittierten Photonen der Gesamtstrahlung G des
Bauelements in einem Wellenlängenbereich, in dem die relative Absorption des Blattfarbstoffs einer Grünalge bei 0,5, also 10 %, bezogen auf das Maximum der Absorption liegt. Durch die Bestrahlung von Grünalgen mit der Gesamtstrahlung des
optoelektronischen Bauelements gemäß dieser Ausführungsform können diese effizient zur Fotosynthese angeregt werden und so zum Wachstum angeregt werden.
Figur 10 zeigt Absorptionsspektren von Chlorophyll A
(Bezugszeichen CA) , von Chlorophyll B (Bezugszeichen CB) und von einem Carotinoid (Bezugszeichen CAR) aus Ustin et al . , Remote Sensing of Environment 113, Supplemental 1, 2009, S67- S77. Figur 11 zeigt das Absorptionsspektrum A einer Grünalge am
Beispiel von Scenedesmus Acutus aus Zeinalov et al . , Bulg. J. Plant Physiol., 2000, 26(1-2), 58-59. Figur 12 zeigt einen Farbbereich im CIE-Farbdiagramm (1931), der durch die Eckpunkte Cx/Cy = 0,1/0,1; 0,2/0,1; 0,225/0,24; 0,35/0,4 und 0,00817/0,547 aufgespannt wird. In diesem
Farbbereich liegen die Farborte der Gesamtstrahlung eines erfindungsgemäßen Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements im grünen Bereich des elektromagnetischen
Spektrums .
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.
Bezugs zeichenliste
Cx x-Anteil der Grundfarbe Rot in der CIE-Normtafel (1931)
Cy y-Anteil der Grundfarbe Grün in der CIE-Normtafel (1931) λ Wellenlänge
rl relative Intensität
IM relatives Intensitätsmaximum
G GesamtstrahlungsSpektrum
A Absorption von Scenedesmus Acutus
CA Absorption von Chlorophyll A
CB Absorption von Chlorophyll B
CAR Absorption von einem Carotinoid
rA relative Absorption
P emittierte Photonen
Pb Peakwellenlänge des Halbleiterchips
Peakwellenlänge des ersten Leuchtstoffs
Pr Peakwellenlänge des zweiten Leuchtstoffs
1 Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement
2 Halbleiterchip
2a Strahlungsaustrittsfläche
3 Konversionselement
4 erster Anschluss
4a Durchkontaktierung
5 zweiter Anschluss
5a Durchkontaktierung
10 Grundgehäuse
11 Ausnehmung
SKL Linie des Schwarzkörper-Strahlers

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) umfassend einen Halbleiterchip (2) oder einen
Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine
Primärstrahlung im UV-Bereich oder im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und ein
Konversionselement (3) umfassend
einen ersten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine erste
Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm zu konvertieren und wobei der erste Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die BaSi4Al3Ng, SrSiAl203 2,
BaSi2N202, ALi3X04,
M* (1_x*_y*_z*) Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4-n*On*] und Kombinationen daraus umfasst,
wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst,
wobei X zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und
Kombinationen davon umfasst;
-- wobei M* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ca, Sr,
Ba und Kombinationen davon umfasst,
wobei Z* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Na, K, Rb, Cs, Ag und Kombinationen davon umfasst,
wobei A* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Mg, Mn, Zn und Kombinationen davon umfasst,
wobei B* aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, AI, Ga und Kombinationen davon umfasst, wobei C* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst,
wobei D* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Li, Cu und Kombinationen davon umfasst,
-- wobei E* aus der Gruppe ausgewählt ist, die P, V,
Nb, Ta und Kombinationen davon umfasst,
und wobei gilt :
0 < X* < 0,2;
0 < y* < 0,2;
0 < X* +y* < 0,4;
0 < z* < 1;
0 < n* < 4;
0 < a* < 4;
0 < b* < 4;
0 < c* < 4;
0 < d* < 4;
0 < e* < 4;
a*+b*+c*+d*+e* = 4;
2a*+3b*+4c*+d*+5e* = 10-y*-n*+z*;
wobei BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04 und
M* (i-x*-y*-z*> Z *z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e* 4-n*On* ] j eweils unabhängig voneinander mit einem Seltenerdelement dotiert sein können.
2. Bauelement (1) nach Anspruch 1,
wobei die Primärstrahlung vollständig in die erste
Sekundärstrahlung konvertiert wird und das Bauelement (1) eine Gesamtstrahlung emittiert, die im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.
3. Bauelement (1) nach Anspruch 2,
wobei der Farbort der Gesamtstrahlung in einem Farbbereich liegt, der im CIE-Farbdiagramm (1931) durch die Eckpunkte Cx/Cy = 0,1/0,1; 0,2/0,1; 0,225/0,24; 0,35/0,4 und 0,00817/0,547 aufgespannt wird.
4. Bauelement (1) nach Anspruch 1,
wobei das Konversionselement (3) einen zweiten Leuchtstoff umfasst, der dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im roten Bereich des
elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm zu konvertieren und wobei der zweite Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
EA**X**A* * [B* * ( z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*, wobei A** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, NH4 oder eine Kombination davon umfasst;
wobei EA** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn oder eine Kombination davon umfasst;
wobei B** ausgewählt ist aus der Gruppe, die Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf oder eine Kombination davon umfasst ;
wobei C** ausgewählt ist aus der Gruppe, die AI,
Ga, In, Gd, Y, Sc, La, Bi, Cr oder eine
Kombination davon umfasst;
-- wobei D** ausgewählt ist aus der Gruppe die Nb, Ta,
V oder eine Kombination davon umfasst;
wobei E** ausgewählt ist aus der Gruppe, die W, Mo oder eine Kombination davon umfasst;
wobei sich die Partialladung d** von
[EA**x**A**y**] d** aus (2x**+y**) ergibt und dem
Invers der Partialladung e** von
[ [B**(Z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*]e** entspricht, die sich aus (4z**+3f**+5g**+6h**+4c**- 2a**-b**) zusammensetzt;
(MgO) 4-s (MgF2) sGe02:Mn4+, wobei 0 < s < 4,
A'2Ge409 :Mn4+ oder A ' 3A ' ' Ge80i8 : Mn4+, wobei A und A' = Li, Na, K und/oder Rb
M'1-y.-zZzGg(BE)b(CE)c(DE)dEeN4-nOn: (RE)y., wobei M' = Ca, Sr und/oder Ba; Z = Na, K und/oder Rb; G = Mg, Mn und/oder Zn; BE = B, AI und/oder Ga; CE = Si, Ge, Ti und/oder Hf; DE = Li und/oder Cu; E = P, V, Nb und/oder Ta; RE = Eu und/oder Yb; mit 0 < y' < 0.2; 0 < z < 1; 0 < n < 0.5; 0 < g < 4; 0 < b < 4; 0 < c < 4; 0 < d < 4; 0 < e < 4; g+b+c+d+e=4; und 2g+3b+4c+d+5e = 10-y'-n+z,
Sr2Si f04-i.5f, wobei 0 < f < 8/3 und Kombinationen daraus umfasst .
5. Bauelement (1) nach Anspruch 1,
wobei das Konversionselement (3) einen zweiten Leuchtstoff umfasst, der dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im roten Bereich des
elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm zu konvertieren und wobei der zweite Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
(Ca, Sr) AlSiN3:Eu2+, (Ca, Sr) AlSiN3 : Yb2+; (Sr, Ca) 3A1203 :Eu2+; (Sr,
Ca,Ba) 2Si5N8:Eu2+; SrSiN2:Eu2+; SrAlSi4N7 : Eu2+; Ca5Si2Al2N8 : Eu2+;
CaS:Eu2+; Sr [LiAl3N4] :Eu2+; Sr [LiAl3N4] : Yb2+; K2Ge409 :Mn4+;
Rb2Ge409 :Mn4+; Li3RbGe80i8 :Mn4+; Sr4Al14025 :Mn4+; Mg2Ti04 :Mn4+;
CaZr03:Mn4+; Gd3Ga5Oi2 :Mn4+; Al203 :Mn4+; GdA103:Mn4+; LaA103:Mn4+; LiAl508 :Mn4+; SrTi03:Mn4+; Y2Ti207 : Mn4+ ; Y2Sn207 : Mn4+ ;
CaAl120i9:Mn4+; MgO:Mn4+; Ba2LaNb06 :Mn4+; K2SiF6:Mn4+;
Na2SiF6:Mn4+;K2TiF6:Mn4+; Mg4Ge05, 5F : Mn4+ und Kombinationen daraus umfasst.
6. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der erste Leuchtstoff die Formel BaSi2 202 : Eu2+ und der zweite Leuchtstoff die Formel Sr [LiAl3 4] :Eu2+, der erste Leuchtstoff die Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ und der zweite
Leuchtstoff die Formel Mg4GeOs, 5F : Mn4+, der erste Leuchtstoff die Formel BaSi4Al3Ng : Eu2+ und der zweite Leuchtstoff die Formel K2SiF6:Mn4+, der erste Leuchtstoff die Formel
ALi3X04:Eu2+ und der zweite Leuchtstoff die Formel K2SiF6:Mn4+ oder der erste Leuchtstoff die Formel SrSiAl203 2 : Eu2+ und der zweite Leuchtstoff die Formel K2SiF6:Mn4+ aufweist.
7. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Primärstrahlung teilweise in die erste und die zweite Sekundärstrahlung konvertiert wird und das Bauelement eine weiße Gesamtstrahlung emittiert und das Spektrum der Gesamtstrahlung mindestens drei und maximal fünf
Intensitätsmaxima im Bereich von einschließlich 400 nm bis 800 nm aufweist.
8. Bauelement (1) nach Anspruch 7,
wobei mindestens jeweils ein Intensitätsmaximum im Bereich von einschließlich 400 nm bis 475 nm, im Bereich von
einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm und im
Bereich von einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm liegt .
9. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei kein Intensitätsmaximum im Bereich von 500 nm bis 600 nm liegt.
10. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Farbort der weißen Gesamtstrahlung in einem
Farbbereich liegt, der im CIE-Farbdiagramm (1931) auf der Linie des Schwarzkörper-Strahlers oder mit einer Abweichung von bis zu ± 0,02 Cx und/oder ±0,02 Cy von der Linie des Schwarzkörper-Strahlers liegt.
11. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Farbtemperatur der weißen Gesamtstrahlung zwischen einschließlich 30000 K und einschließlich 2700 K liegt.
12. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) umfassend einen Halbleiterchip (2) oder einen
Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine
Primärstrahlung im UV-Bereich oder im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und
einen weiteren Halbleiterchip oder einen weiteren
Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm
emittiert und ein Konversionselement (3) umfassend einen zweiten Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine zweite
Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 600 nm bis einschließlich 700 nm zu konvertieren und wobei der zweite Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
EA**X**A* * [B**(z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*, wobei A** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, NH4 oder eine Kombination davon umfasst; wobei EA** ausgewählt ist aus der Gruppe, die
Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Zn oder eine Kombination davon umfasst;
wobei B** ausgewählt ist aus der Gruppe, die Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf oder eine Kombination davon umfasst ;
wobei C** ausgewählt ist aus der Gruppe, die AI, Ga, In, Gd, Y, Sc, La, Bi, Cr oder eine
Kombination davon umfasst;
wobei D** ausgewählt ist aus der Gruppe die Nb, Ta, V oder eine Kombination davon umfasst;
wobei E** ausgewählt ist aus der Gruppe, die W, Mo oder eine Kombination davon umfasst;
wobei sich die Partialladung d** von
[EA**x**A**y**] d** aus (2x**+y**) ergibt und dem
Invers der Partialladung e** von
[ [B**(Z**)C**(f**)D**(g**)E**(h**)0(a**)F(b**) ] :Mn+V*]e** entspricht, die sich aus (4z**+3f**+5g**+6h**+4c**- 2a**-b**) zusammensetzt;
- (MgO) 4-s (MgF2) sGe02:Mn4+, wobei 0 < s < 4,
A'2Ge409 :Mn4+ oder A ' 3A ' ' Ge80i8 : Mn4+, wobei A und A' = Li, Na, K und/oder Rb
M'1_y._zZzGg(BE)b(CE)c(DE)dEeN4-nOn: (RE)y., wobei M' = Ca, Sr und/oder Ba; Z = Na, K und/oder Rb; G = Mg, Mn und/oder Zn; BE = B, AI und/oder Ga; CE = Si, Ge, Ti und/oder Hf; DE = Li und/oder Cu; E = P, V, Nb und/oder Ta; RE = Eu und/oder Yb; mit 0 < y' < 0.2; 0 < z < 1; 0 < n < 0.5; 0 < g < 4; 0 < b < 4; 0 < c < 4; 0 < d < 4; 0 < e < 4; g+b+c+d+e=4; und
2g+3b+4c+d+5e = 10-y'-n+z,
Sr2SiNf04-i.5f, wobei 0 ^ f ^ 8/3 und Kombinationen daraus umfasst oder einen weiteren Halbleiterchip oder einen weiteren
Halbleiterlaser, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 600 nm bis
einschließlich 700 nm emittiert und ein
Konversionselement (3) umfassend einen ersten
Leuchtstoff, der dazu eingerichtet ist, die
Primärstrahlung zumindest teilweise in eine erste
Sekundärstrahlung mit einer Peakwellenlänge im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen einschließlich 475 nm bis einschließlich 500 nm zu konvertieren und wobei der erste Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die BaSi4Al3Ng, SrSiAl203 2,
BaSi2N202, ALi3X04, M*(1_x*_y*_z*)Z*z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e*N4- n*On*] und Kombinationen daraus umfasst,
wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst,
wobei X zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und
Kombinationen davon umfasst;
wobei M* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Ca, Sr, Ba und Kombinationen davon umfasst,
wobei Z* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Na, K, Rb, Cs, Ag und Kombinationen davon umfasst,
wobei A* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Mg, Mn, Zn und Kombinationen davon umfasst,
wobei B* aus der Gruppe ausgewählt ist, die B, AI, Ga und Kombinationen davon umfasst,
wobei C* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und Kombinationen davon umfasst,
wobei D* aus der Gruppe ausgewählt ist, die Li, Cu und Kombinationen davon umfasst, wobei E* aus der Gruppe ausgewählt ist, die P, V,
Nb, Ta und Kombinationen davon umfasst,
und wobei gilt :
0 < X* < 0,2;
0 < y* < 0,2;
0 < X* +y* < 0,4;
0 < z* < 1;
0 < n* < 4;
0 < a* < 4;
0 < b* < 4;
0 < c* < 4;
0 < d* < 4;
0 < e* < 4;
a*+b*+c*+d*+e* = 4;
2a*+3b*+4c*+d*+5e* = 10-y*-n*+z*;
wobei BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04 und
M* (i-x*-y*-z*> Z *z* [A*a*B*b*C*c*D*d*E*e* 4-n*On* ] j eweils unabhängig voneinander mit einem Seltenerdelement dotiert sein können.
13. Verwendung eines strahlungsemittierenden
optoelektronisches Bauelements (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zur Beleuchtung Pflanzen und/oder Mikroorganismen .
14. Verwendung nach Anspruch 13,
wobei eine von dem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement emittierte Gesamtstrahlung die Pflanzen und/oder Mikroorganismen zur Photosynthese anregt.
15. Verwendung nach einem der Ansprüche 13 oder 14 in
Gewächshäusern .
16. Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei der erste
Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
BaSi4Al3N9, SrSiAl203N2, BaSi2N202, ALi3X04,
und Kombinationen daraus umfasst,
wobei A zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Li, Na, K, Rb, Cs und Kombinationen davon umfasst,
wobei X zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe ist, die Si, Ge, Ti, Zr, Hf und
Kombinationen davon umfasst.
17. Bauelement (1) nach Anspruch 1 oder 16, wobei ALi3X04 aus einer Gruppe ausgewählt ist, die NaLi3Si04 : Eu2+, NaK(Li3Si04)2:Eu2+, RbNa3 (Li3Si04) 4 : Eu2+,
CsKNa2 (Li3Si04) 4 :Eu2+, RbKNa2 (Li3Si04) 4 : Eu2+, und
CsRbNaLi (Li3Si04) 4 : Eu2+ umfasst.
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