DE102018125285A1

DE102018125285A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Betriebsverfahren für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102018125285A1
Application number: DE102018125285.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Stigler; Uli Hiller; Martin Moritz
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-04-16
Also published as: WO2020074389A1

Abstract

In einer Ausführungsform ist das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) zur Emission von weißem Mischlicht mit einer durchstimmbaren korrelierten Farbtemperatur (CCT) eingerichtet. Eine erste Halbleiterlichtquelle (21) ist zur Emission von weißem Licht eingerichtet, das bevorzugt aus spektral schmalbandigem blauem Licht und aus spektral schmalbandigem gelbem Licht zusammengesetzt ist. Weiter umfasst das Halbleiterbauteil eine zweite, dritte sowie vierte Halbleiterlichtquelle (22, 23, 24), die zur Emission von spektral schmalbandigem blauem, grünem sowie rotem Licht eingerichtet sind.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, dessen weißes Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex über einen großen Farbtemperaturbereich hinweg durchstimmbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Halbleiterbauteil dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb weißes Mischlicht zu emittieren. Weißes Licht bedeutet insbesondere, dass ein Farbort des Mischlichts um höchstens 0,02 Einheiten oder 0,01 Einheiten oder 0,005 Einheiten von der Planck-Kurve in der CIE 1960 UCS Normfarbtafel und/oder in der CIE-xy-Normfarbtafel abweicht. Alternativ oder zusätzlich liegt ein Farbort des weißen Lichts in der CIE-uv-Darstellung höchstens 0,05 Einheiten von der Planck-Kurve entfernt. Die korrelierte Farbtemperatur dieses weißen Mischlichts ist durchstimmbar, insbesondere stufenlos durchstimmbar. Stufenlos bedeutet insbesondere, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einstellungen für das Mischlicht das menschliche Auge keinen Unterschied zu erkennen vermag.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine erste Halbleiterlichtquelle. Die Halbleiterlichtquelle ist zur Emission von weißem Licht eingerichtet. Das weiße Licht ist aus spektral schmalbandigem blauem Licht und aus spektral breitbandigem gelbem, grüngelbem oder gelb-orangem Licht zusammengesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine zweite Halbleiterlichtquelle. Die zweite Halbleiterlichtquelle ist zur Emission von spektral schmalbandigem blauem Licht eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine dritte Halbleiterlichtquelle. Die dritte Halbleiterlichtquelle ist zur Emission von spektral schmalbandigem grünem Licht eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine vierte Halbleiterlichtquelle. Die vierte Halbleiterlichtquelle ist zur Emission von spektral schmalbandigem rotem Licht eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Halbleiterlichtquellen jeweils einen oder mehrere optoelektronische Halbleiterchips, insbesondere Leuchtdiodenchips, kurz LED-Chips. Dabei wird das von der zweiten, dritten und vierten Halbleiterlichtquelle emittierte Licht bevorzugt unmittelbar in dem betreffenden Halbleiterchip erzeugt. Bei der ersten Halbleiterlichtquelle erfolgt bevorzugt eine teilweise Umwandlung von blauem Licht in gelbes Licht. Dazu umfasst die erste Halbleiterlichtquelle bevorzugt einen Leuchtstoff oder eine Mischung aus mehreren Leuchtstoffen sowie zumindest einen blau oder UV-Licht emittierenden LED-Chip.
In mindestens einer Ausführungsform ist das optoelektronische Halbleiterbauteil zur Emission von weißem Mischlicht mit einer durchstimmbaren korrelierten Farbtemperatur eingerichtet. Eine erste Halbleiterlichtquelle ist zur Emission von weißem Licht eingerichtet, das bevorzugt aus spektral schmalbandigem blauem Licht und aus spektral schmalbandigem gelbem Licht zusammengesetzt ist. Weiter umfasst das Halbleiterbauteil eine zweite, dritte sowie vierte Halbleiterlichtquelle, die zur Emission von spektral schmalbandigem blauem, grünem sowie rotem Licht eingerichtet sind.
Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist es möglich, über einen großen Farbtemperaturbereich hinweg weißes Licht einer hohen Qualität zu erzeugen. Dies bedeutet insbesondere, dass sich ein Farbort des Mischlichts sehr genau auf der Planck-Kurve in der CIE-Normfarbtafel befindet und dass das weiße Mischlicht einen hohen Farbwiedergabeindex aufweist, speziell für gesättigtes Rot (R9, Rotwiedergabe-Index).
Insbesondere ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil eine RGB-Einheit aus einer Umgebungsbeleuchtung mit einer weiß emittierenden LED kombiniert. Damit können bereits bestehende Komponenten wie eine RGB-Beleuchtung oder eine weiß emittierende LED effizient miteinander kombiniert werden, sodass nur eine reduzierte Anzahl separater, zusätzlicher Komponenten erforderlich ist. RGB steht für rot-grün-blau.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das weiße Licht der ersten Halbleiterlichtquelle eine niedrige korrelierte Farbtemperatur, englisch correlated color temperature oder kurz CCT, auf. Diese Farbtemperatur des weißen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle liegt bevorzugt bei höchstens 4500 K oder 3200 K oder 3100 K oder 3000 K. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Farbtemperatur bei mindestens 2100 K oder 2300 K oder 2500 K. Besonders bevorzugt liegt diese Farbtemperatur zwischen einschließlich 2800 K und 3100 K oder zwischen einschließlich 2900 K und 3100 K. Mit anderen Worten emittiert die erste Halbleiterlichtquelle warmweißes Licht. Das weiße Licht der ersten Halbleiterlichtquelle kann rotstichig oder gelbstichig oder grünstichig sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen spektrale Halbwertsbreiten des blauen Lichts der ersten Lichtquelle, des blauen, grünen und/oder roten Lichts der zweiten, dritten und/oder vierten Halbleiterlichtquellen je bei mindestens 15 nm oder 20 nm. Alternativ oder zusätzlich liegen diese Halbwertsbreiten bei höchstens 50 nm oder 40 nm oder 30 nm. Es ist möglich, dass die spektrale Halbwertsbreite des grünen Lichts am größten ist. Die spektralen Halbwertsbreiten des blauen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle sowie des blauen und des roten Lichts der zweiten und der vierten Halbleiterlichtquelle weisen bevorzugt näherungsweise gleiche spektrale Halbwertsbreiten auf, beispielsweise 20 nm +/- 5 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das gelbe Licht der ersten Halbleiterlichtquelle eine spektrale Halbwertsbreite von mindestens 100 nm oder 110 nm oder 120 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt diese spektrale Halbwertsbreite bei höchstens 200 nm oder 170 nm oder 150 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das blaue Licht der zweiten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge von 465 nm auf. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 10 nm oder 5 nm oder 3 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das grüne Licht der dritten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge von 532 nm auf. Dies gilt bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 12 nm oder 5 nm oder 3 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das rote Licht der vierten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge von 623 nm auf. Bevorzugt gilt dies mit einer Toleranz von höchstens 10 nm oder 5 nm oder 3 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das blaue Licht der zweiten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge im Bereich von einschließlich 440 nm bis 470 nm auf. Alternativ oder zusätzlich weist das grüne Licht der dritten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge im Bereich von einschließlich 510 nm bis 570 nm auf. Wiederum alternativ oder zusätzlich weist das rote Licht der vierten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge im Bereich von einschießlich 600 nm bis 640 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das blaue Licht der ersten Lichtquelle eine dominante Wellenlänge von 452 nm auf. Dies gilt beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 12 nm oder 5 nm oder 3 nm. Die dominante Wellenlänge des blauen Lichtanteils der ersten Halbleiterlichtquelle wird bevorzugt bestimmt, nachdem der zugehörige Leuchtstoff durchlaufen wurde. Das heißt, das blaue Licht der ersten Halbleiterlichtquelle kann vor dem zugeordneten Leuchtstoff eine andere, insbesondere eine größere dominante Wellenlänge aufweisen, beispielsweise die dominante Wellenlänge des blauen Lichts der zweiten Halbleiterlichtquelle, inklusive der hierfür genannten Toleranzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das blaue Licht der ersten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge von im Bereich von einschließlich 440 nm bis 470nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das gelbe Licht der ersten Halbleiterlichtquelle eine dominante Wellenlänge von 575 nm auf. Dies gilt insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 25 nm oder 15 nm oder 7 nm. Dazu weist die erste Halbleiterlichtquelle bevorzugt mindestens einen Leuchtstoff auf, insbesondere aus der Klasse der mit Seltenen Erden dotierten Orthosilikate und/oder aus der Klasse der mit Seltenen Erden dotierten Granate. Beispielsweise umfasst die erste Halbleiterlichtquelle als Leuchtstoff YAG:Ce.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das gelbe Licht, das über Wellenlängenkonversion aus dem blauen Licht entstanden ist, eine Farbtemperatur von mindestens 2200 K und/oder von höchstens 4500 K auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil dazu eingerichtet, dass eine korrelierte Farbtemperatur des weißen Mischlichts zumindest von 3000 K bis 6000 K oder zumindest von 2700 K bis 7000 K durchgestimmt werden kann. Eine Abweichung des Farborts des Mischlichts gegenüber der Planck-Kurve der CIE-Normfarbtafel liegt bevorzugt über diesen gesamten Farbtemperaturbereich hinweg bei höchstens 0,02 Einheiten oder 0,01 Einheiten oder 0,005 Einheiten. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der CIE-Normfarbtafel von 1931 in CIEx-CIEy-Darstellung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das weiße Mischlicht des Halbleiterbauteils über den gesamten durchstimmbaren Farbtemperaturbereich hinweg einen Farbwiedergabeindex von mindestens 80 oder 90 oder 93 oder 95 auf. Der Farbwiedergabeindex wird auch als CRI für Color Rendering Index oder als Ra bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das weiße Mischlicht über dem gesamten durchstimmbaren Farbtemperaturbereich hinweg einen Rotwiedergabeindex von mindestens 60 oder 70 oder 75 oder 80 oder 85 auf. Der Rotwiedergabeindex wird auch als R9 bezeichnet.
Die Farbwiedergabeindizes sind insbesondere in der Veröffentlichung CIE 13.3-1995, Method of Measuring and Specifying Color Rendering Properties of Light Sources, ISBN 3 900 734 57 7, angegeben, siehe insbesondere die Kapitel 5 und 6.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweite, dritte und vierte Halbleiterlichtquelle in einem ersten Modul zusammengefasst. Die erste Halbleiterlichtquelle wird bevorzugt durch ein zweites Modul gebildet. Die jeweiligen Module können separat handhabbar sein und über eigene elektrische Anschlussflächen verfügen. Das heißt, die zweite, dritte und vierte Halbleiterlichtquelle sind bevorzugt eine Subbaueinheit, die in dem Halbleiterbauteil verbaut ist. Beispielsweise verfügt das erste Modul über ein eigenes Gehäuse und/oder über einen eigenen Reflektor für das Licht der zweiten, dritten und vierten Halbleiterlichtquelle.
Alternativ kann jede der Halbleiterlichtquellen durch ein eigenes Modul gebildet sein. Mit anderen Worten können einzelne, unabhängige LEDs für die Halbleiterlichtquellen verwendet werden.
Die Halbleiterlichtquellen können jeweils nur einen Halbleiterchip oder auch mehrere der Halbleiterchips zur Strahlungserzeugung umfassen. Damit ist es möglich, die Leuchtstärke des Halbleiterbauteils über die Anzahl der jeweils verbauten Halbleiterchips effizient einzustellen. Die Halbleiterlichtquellen können voneinander verschiedene Anzahlen von Halbleiterchips aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil eine oder mehrere Ansteuereinheiten. Mit der mindestens einen Ansteuereinheit sind die Halbleiterlichtquellen bevorzugt unabhängig voneinander bestrombar. Die Ansteuereinheit beinhaltet beispielsweise einen integrierten Schaltkreis, eine Stromquelle wie eine Konstantstromquelle, eine Impulsweitenmodulationsvorrichtung, eine Adresseinheit, einen Speicherbaustein und/oder eine Datenschnittstelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ansteuereinheit derart gestaltet, dass eine Ansteuerung des Halbleiterbauteils darauf eingeschränkt ist, dass weißes Mischlicht emittiert wird. Das heißt, bestimmungsgemäß ist es mit dem Halbleiterbauteil nicht möglich, anderes als weißes Licht zu erzeugen. Mit dem Halbleiterbauteil lässt sich dann bestimmungsgemäß kein farbiges Licht erzeugen.
Die Ansteuereinheit kann als eigenes Modul ausgebildet sein. Das heißt, die Ansteuereinheit ist separat von den Halbleiterlichtquellen montiertbar. Die Halbleiterlichtquellen können dabei ebenso unabhängig voneinander montierbar sein oder in einem oder in mehreren Modulen zusammengefasst sein.
Alternativ ist die Ansteuereinheit in dem ersten Modul oder in dem zweiten Modul integriert. Wiederum alternativ findet sich die Ansteuereinheit in dem Modul, das alle Halbleiterlichtquellen beinhaltet, sodass ein Modul mit den Halbleiterlichtquellen und mit der Ansteuereinheit vorhanden ist.
Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für ein solches optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Merkmale des Halbleiterbauteils sind daher auch für das Betriebsverfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform wird mit dem Betriebsverfahren das optoelektronische Halbleiterbauteil derart betrieben, sodass mittels der Halbleiterlichtquellen weißes Mischlicht erzeugt wird, dessen Farbwiedergabeindex, kurz CRI, bei mindestens 93 liegt und dessen Rotwiedergabeindex, kurz R9, bei mindestens 80 liegt. Eine Farbtemperatur des weißen Mischlichts ist bevorzugt über mindestens 1000 K oder 2000 K oder 3000 K hinweg einstellbar.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebenes Betriebsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil,
2 bis 13 schematische Darstellungen von optischen Eigenschaften eines ersten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils,
14 bis 16 tabellarische Zusammenfassungen der optischen Eigenschaften des optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und
17 bis 21 schematische Darstellungen von optischen Eigenschaften eines zweiten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 illustriert. Das Halbleiterbauteil 1 weist eine erste Halbleiterlichtquelle 21 auf, die zur Erzeugung von weißem Licht eingerichtet ist. Dazu umfasst die erste Halbleiterquelle 21 bevorzugt einen Halbleiterchip zur Emission von blauem Licht, dem ein Leuchtstoff zur Erzeugung von gelbem Licht nachgeordnet ist.
Die erste Halbleiterlichtquelle 21 kann als erstes Modul 41 gestaltet sein.
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil 1 eine zweite Halbleiterlichtquelle 22 zur Erzeugung von blauem Licht, eine dritte Halbleiterlichtquelle 23 zur Erzeugung von grünem Licht und eine vierte Halbleiterlichtquelle 24 zur Erzeugung von rotem Licht. Das blaue, grüne und rote Licht der Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 kann unmittelbar aus einem Halbleiterchip heraus erzeugt werden.
Insbesondere für das rote Licht der vierten Halbleiterlichtquelle 24 ist es alternativ möglich, dass ein Leuchtstoff vorhanden ist, der eine Primärstrahlung wie blaues Licht vollständig oder im Wesentlichen vollständig in rotes Licht umwandelt. Optional sind die Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 für blau, grün und rot in einem ersten Modul 41 zusammengefasst.
Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Modul 42 um eine LED der Bauart SYNIOS E4014, KW DPLS32.EC des Herstellers OSRAM Opto Semiconductors GmbH. Als erstes Modul 41 kann beispielsweise eine MULTILED des Typs LRTBGVSG, ebenfalls vom Hersteller OSRAM Opto Semiconductors GmbH, herangezogen werden.
Optional sind die Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 und damit die Module 41, 42 auf einem gemeinsamen Träger 5 wie einer Leiterplatte angebracht.
Es ist möglich, dass das Halbleiterbauteil 1 zusätzlich eine Ansteuereinheit 3 zur elektrisch unabhängigen Ansteuerung der Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 aufweist.
Abweichend von 1 können die Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 jeweils durch eigene Module gebildet sein, sodass mindestens vier Module vorhanden sind, oder es können auch alle Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 in einem einzigen Modul zusammengefasst sein.
Die Ansteuereinheit 3 kann ein separates Modula sein oder in dem ersten Modul 41, in dem zweiten Modul 42 oder in dem nicht gezeichneten Modul mit allen Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 integriert sein.
In den 2 bis 16 sind optische Eigenschaften eines ersten Ausführungsbeispiels des Halbleiterbauteils 1 näher beschrieben. Der 2 ist zu entnehmen, dass ein Farbort cx, cy des von dem Halbleiterbauteil 1 emittierten Mischlichts über einen weiten Bereich in der CIE-Normfarbtafel auf der Planck-Kurve durchgestimmt werden kann.
Die entsprechenden Einzelspektren der Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 sind dazu in 3 illustriert. Aufgetragen ist die Wellenlänge L in nm gegenüber der Intensität Iv in willkürlichen Einheiten, kurz a.u. Aus 3 ist zu erkennen, dass das blaue, grüne und rote Licht der Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 spektral schmalbandig ist. Gleiches gilt für einen Blauanteil des Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle 21. Ein Gelbanteil des Lichts der ersten Halbleiterquelle 21 wird dagegen spektral breitbandig emittiert.
Der Lichtstrom des roten Lichts beträgt beispielsweise 0,75 cd bei einer dominanten Wellenlänge von 623 nm, der Lichtstrom des grünen Lichts beträgt beispielsweise 1,63 cd bei einer dominanten Wellenlänge von 532 nm und der Lichtstrom des blauen Lichts liegt beispielsweise bei 0,37 cd bei einer dominanten Wellenlänge von 465 nm. Diese Werte können für die Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 in allen anderen Ausführungsbeispielen entsprechend gelten.
Die erste Halbleiterlichtquelle 21 emittiert beispielsweise bei einer Farbtemperatur von 3000 K weißes Licht mit einer Lichtstärke von 14,8 cd. Das weiße Licht der ersten Halbleiterlichtquelle 21 weißt beispielsweise einen Farbwiedergabeindex CRI von 81,7 und einen Rotwiedergabeindex R9 von 11,9 auf.
In 4 ist gezeigt, dass über einen Bereich der korrelierten Farbtemperatur CCT von 2500 K bis 7000 K ein Farbwiedergabeindex CRI durchgehend von näherungsweise 95 realisierbar ist. Aus 5 ist zu sehen, dass über diesen Farbtemperaturbereich ein Rotwiedergabeindex R9 von durchgehend ungefähr 85 oder höher erzielbar ist. Insbesondere bei korrelierten Farbtemperaturen CCT oberhalb von 5300 K bis ungefähr 6200 K ist ein Rotwiedergabeindex R9 um 95 erzielbar.
In 6 sind in Abhängigkeit von der korrelierten Farbtemperatur CCT die relativen Anteile P der Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 an der Abstrahlung des Halbleiterbauteils 1 illustriert. Die Farbtemperatur CCT der ersten Halbleiterlichtquelle 21 von ungefähr 3000 K bildet dabei eine Art Übergang. Oberhalb ungefähr dieser Farbtemperatur wird die dritte Halbleiterlichtquelle 23 voll betrieben, unterhalb dieser Farbtemperatur die vierte Halbleiterlichtquelle 24. Hin zu größeren Farbtemperaturen nimmt der Anteil der zweiten Halbleiterlichtquelle 22 kontinuierlich zu.
In 7 ist eine entsprechende Darstellung gezeigt, wobei nicht die relativen Anteile P, sondern die Lichtstärken Iv in cd gegenüber der Farbtemperatur CCT in K aufgetragen sind. Zusätzlich ist das weiße Mischlicht, wie insgesamt vom Halbleiterbauteil 1 emittiert, eingetragen.
Aus 7 ist zu sehen, dass ein großer Teil der gesamten Lichtstärke Iv von der ersten Halbleiterlichtquelle 21 stammt und dass somit die Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 zur Gesamtlichtstärke vergleichsweise wenig beitragen. Dabei ist der Beitrag der dritten Halbleiterlichtquelle 23 für grünes Licht bei den meisten Farbtemperaturen CCT von diesen Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 noch am größten.
In den 8 und 9 sind die Einzelspektren der Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 sowie das Gesamtspektrum des weißen Mischlichts des Halbleiterbauteils 1 dargestellt, und zwar für eine Farbtemperatur des insgesamt emittierten weißen Mischlichts von 3000 K. Dabei ist die relative Strahlungsleistung Φe in W/nm gegenüber der Wellenlänge L in nm aufgetragen.
Entsprechende Darstellungen sind den 10 und 11 für eine Farbtemperatur CCT des insgesamt emittierten weißen Mischlichts von 4500 K zu entnehmen und in den 12 und 13 sind derartige Darstellungen für eine Farbtemperatur des insgesamt emittierten Mischlichts von 6000 K gezeigt.
Die zugehörigen fotometrischen Daten für die drei Farbtemperaturen von 3000 K, 4500 K und 6000 K aus den 8 bis 13 sind zudem in den 14 bis 16 zusammengefasst. Die Werte u', v' beziehen sich dabei auf die u'v'-Darstellung der CIE-Normfarbtafel. PhiV und PhiE beziehen sich auf den Lichtstrom Φv in lm sowie auf die relative Strahlungsleistung Φe in W/nm. Zusätzlich ist die Lichtstärke Iv in cd angegeben.
In den 17 bis 21 sind die optischen Eigenschaften eines weiteren Ausführungsbeispiels des Halbleiterbauteils 1 illustriert. Dieses Ausführungsbeispiel ist allerdings weniger bevorzugt, als das in Verbindung mit den 2 bis 16 erläuterte Ausführungsbeispiel.
Aus 17 ist zu erkennen, dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Durchstimmbarkeit des insgesamt emittierten weißen Mischlichts über einen großen Farbtemperaturbereich mit hoher Güte möglich ist.
In 18 sind die Einzelspektren der Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 in Auftragung der Wellenlänge L in nm gegenüber der Intensität in willkürlichen Einheiten, a.u., zu sehen. Die Emissionsspektren der Halbleiterlichtquellen 22, 23, 24 entsprechen bevorzugt dem aus dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 16.
Dagegen emittiert die erste Halbleiterlichtquelle 21 weißes Licht mit einer höheren Farbtemperatur CCT, nämlich von 4000 K, anders als in den 2 bis 16, wonach die Farbtemperatur die erste Halbleiterlichtquelle 21 bei 3000 K liegt.
Aus 19 ist zu sehen, dass zumindest bei Farbtemperaturen CCT oberhalb der Farbtemperatur des weißen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle 21 insgesamt ein hoher Farbwiedergabeindex CRI von mehr als 90 erreichbar ist. Gemäß 20 weist der Rotwiedergabeindex R9 jedoch nur einen vergleichsweise unregelmäßigen Verlauf in Abhängigkeit von der Farbtemperatur CCT auf.
In 21 sind die relativen Anteile P der jeweiligen Halbleiterlichtquellen 21, 22, 23, 24 an der Gesamtstrahlung des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Aufgrund der vergleichsweise hohen Farbtemperatur des weißen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle 21 ist die vierte Halbleiterlichtquelle 24 bei kleinen Farbtemperaturen CCT von der Leistungsstärke her nicht ausreichend, um hohe Rotfarbwiedergabewerte R9 zu erzielen.
Daher ist, wie anhand des Ausführungsbeispiels der 2 bis 16 illustriert, die Farbtemperatur des weißen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle 21 möglichst gering zu wählen. Somit liegt die Farbtemperatur CCT des weißen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle 21 bevorzugt zwischen einschließlich 2900 K und 3100 K. Bei zu kleinen Werten für die Farbtemperatur des weißen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle 21 sind Effizienzverluste hinzunehmen und ein Gewinn hinsichtlich der Farbwiedergabeindizes CRI, R9 ist nur noch relativ schwach ausgeprägt.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauteil
21: erste Halbleiterlichtquelle
22: zweite Halbleiterlichtquelle
23: dritte Halbleiterlichtquelle
24: vierte Halbleiterlichtquelle
3: Ansteuereinheit
41: erstes Modul
42: zweites Modul
5: Träger
CCT: korrelierte Farbtemperatur in K
CRI: Farbwiedergabeindex
cx: CIEx-Koordinate in der CIE-xy-Normfarbtafel von 1931
cy: CIEy-Koordinate in der CIE-xy-Normfarbtafel von 1931
Iv: Lichtstärke in willkürlichen Einheiten (a.u.) oder in cd
Φv: Lichtstrom in lm
Φe: relative Strahlungsleistung in W/nm
L: Wellenlänge in nm
P: prozentualer Anteil
R9: Wiedergabeindex für gesättigtes Rot

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1), das zur Emission von weißem Mischlicht mit einer durchstimmbaren korrelierten Farbtemperatur eingerichtet ist, mit - einer ersten Halbleiterlichtquelle (21), die zur Emission von weißem Licht eingerichtet ist, - einer zweiten Halbleiterlichtquelle (22), die zur Emission von spektral schmalbandigem blauem Licht eingerichtet ist, - einer dritten Halbleiterlichtquelle (23), die zur Emission von spektral schmalbandigem grünem Licht eingerichtet ist, und - einer vierten Halbleiterlichtquelle (24), die zur Emission von spektral schmalbandigem rotem Licht eingerichtet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das weiße Licht der ersten Halbleiterlichtquelle (21) eine korrelierte Farbtemperatur zwischen einschließlich 2300 K und 3200 K, bevorzugt zwischen einschließlich 2900 K und 3100 K, aufweist, wobei das weiße Licht der ersten Halbleiterlichtquelle (21) aus spektral schmalbandigem blauem Licht und spektral breitbandigem gelbem Licht zusammengesetzt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem spektrale Halbwertsbreiten des blauen Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle (21) sowie des blauen, grünen und roten Lichts der zweiten, dritten und vierten Halbleiterlichtquellen (22, 23, 24) je zwischen einschließlich 15 nm und 40 nm liegen und die spektrale Halbwertsbreite des grünen Lichts hieraus am größten ist, wobei eine spektrale Halbwertsbreite des gelben Lichts der ersten Halbleiterlichtquelle (21) zwischen einschließlich 110 nm und 170 nm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - das blaue Licht der zweiten Halbleiterlichtquelle (22) mit einer Toleranz von höchstens 5 nm eine dominante Wellenlänge von 465 nm aufweist, - das grüne Licht der dritten Halbleiterlichtquelle (23) mit einer Toleranz von höchstens 5 nm eine dominante Wellenlänge von 532 nm aufweist, und - das rote Licht der vierten Halbleiterlichtquelle (24) mit einer Toleranz von höchstens 5 nm eine dominante Wellenlänge von 623 nm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das blaue Licht der ersten Halbleiterlichtquelle (21) mit einer Toleranz von höchstens 5 nm eine dominante Wellenlänge von 452 nm aufweist, wobei das gelbe Licht der ersten Halbleiterlichtquelle (21) mit einer Toleranz von höchstens 15 nm eine dominante Wellenlänge von 575 nm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Ansteuereinheit (3), mit der die Halbleiterlichtquellen (21, 22, 23, 24) unabhängig voneinander bestrombar sind, wobei die Ansteuereinheit (3) auf eine Ansteuerung derart eingeschränkt ist, sodass das Halbleiterbauteil (1) nur weißes Licht emittieren kann, wobei das Halbleiterbauteil (1) dazu eingerichtet ist, über einen Farbtemperaturbereich des weißen Mischlichts von 2700 K bis 7000 K durchgestimmt zu werden, wobei über den gesamten Farbtemperaturbereich hinweg ein Farbwiedergabeindex (CRI) des weißen Mischlichts bei mindestens 93 und ein Rotwiedergabeindex (R9) bei mindestens 80 liegen.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem über den gesamten Farbtemperaturbereich hinweg eine Abweichung eines Farborts des weißen Mischlichts von der Planck-Kurve in der CIE-Normfarbtafel in CIEx-CIEy-Darstellung bei höchstens 0,01 Einheiten liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste, zweite, dritte und vierte Halbleiterlichtquelle (22, 23, 24) sowie die Ansteuereinheit (3) in einem einzigen Modul zusammengefasst sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zweite, dritte und vierte Halbleiterlichtquelle (22, 23, 24) in einem ersten Modul (41) zusammengefasst sind und die erste Halbleiterlichtquelle (21) durch ein zweites Modul (42) gebildet ist.
Betriebsverfahren für ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterlichtquellen (21, 22, 23, 24) so betrieben werden, sodass ein Farbwiedergabeindex (CRI) des weißen Mischlichts bei mindestens 93 und ein Rotwiedergabeindex (R9) bei mindestens 80 liegen.