DE10261428A1 - Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit mehrfachen Lumineszenz-Konversionselementen - Google Patents

Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit mehrfachen Lumineszenz-Konversionselementen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiterkörper (2), der Strahlung mit einer Wellenlange lambda¶0¶ emittiert, wobei dem Halbleiterkörper (2) in Abstrahlungsrichtung eine Mehrzahl von Schichten (3) nachgeordnet ist, die jeweils mindestens ein Lumineszenz-Konversionselement (4) enthalten, das bei Anregung mit der Wellenlänge lambda¶0¶ Strahlung einer anderen Wellenlänge emittiert. Die Schichten sind son nacheinander angeordnet, daß jeweils die Wellenlänge der von dem Lumineszenz-Konversionselement (4) einer Schicht emittierte Strahlung größer ist als die Wellenlänge der von dem Lumineszenz-Konversionselement (4) der in Abstrahlrichtung nachfolgenden Schicht emittierten Strahlung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit mehrfachen Lumineszenz-Konversionselementen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Halbleiter-Bauelemente mit einem Lumineszenz-Konversionselement sind beispielsweise aus der Druckschrift W097/50132 bekannt. Hierin ist. ein strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiterkörper gezeigt, der von einem Verguß umhüllt ist, in dem ein Lumineszenz-Konversionselement in Form eines Leuchtstoffs bzw. eines Leuchtstoffpulvers verteilt ist. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper in der Ausnehmung eines Gehäuses angeordnet sein, die mit dem das Lumineszenz-Konversionselement enthaltenden Verguß gefüllt ist.
  • Das Lumineszenz-Konversionselement emittiert bei Anregung mit dem von dem Halbleiterkörper emittierten Licht Licht einer anderen Wellenlänge. Derartige Halbleiter-Bauelemente eignen sich insbesondere zur Erzeugung von mischfarbigem Licht, das sich aus dem von dem Halbleiterkörper abgestrahlten Licht und dem von dem Lumineszenz-Konversionselement emittierten Licht zusammensetzt.
  • Prinzipiell können bei solchen Halbleiter-Bauelementen auch Halbleiterkörper eingesetzt werden, die im ultravioletten Spektralbereich emittieren. Zur Erzeugung von mischfarbig sichtbarem Licht sind dabei eine Mehrzahl verschiedener Lumineszenz-Konversionselemente, also mindestens zwei verschiedene Lumineszenz-Konversionselemente mit unterschiedlicher Emissionswellenlänge nötig, da die ultraviolette Strahlung des Halbleiterkörpers selbst keinen sichtbaren Farbbeitrag leistet. Vorteilhaft wäre insbesondere die Verwendung von drei Lumineszenz-Konversionselementen, wovon eines im roten, eines im grünen und eines im blauen Spektralbereich emittiert. Die gewünschte Mischfarbe des emittierten Lichts kann mittels der Mengenverhältnisse der Lumineszenz-Konversionselemente eingestellt werden.
  • Allerdings können bei Verwendung mehrerer verschiedener Lumineszenz-Konversionselemente Mehrfachkonversionen auftreten. Beispielweise kann bei der genannten Verwendung von drei Lumineszenz-Konversionselementen das zunächst in Blaue konvertierte Licht von den anderen Lumineszenz-Konversionselementen in längerwelliges rotes oder grünes Licht konvertiert werden. Insgesamt wird hierdurch der Blauanteil des insgesamt emittierten Lichts reduziert bzw. der Farbort des Mischlichts ins Grüne oder Gelbe verschoben.
  • Um dies zu vermeiden, kann des Anteil des Lumineszenz-Konversionselements mit Emission im Blauen erhöht werden. Dies führt in der Regel insgesamt zu einer geringeren Lichtausbeute. Alternativ könnte zur Anhebung des Blauanteils bei dem emittierten Licht statt des entsprechenden Lumineszenz-Konversionselements ein zusätzlicher Halbleiterkörper mit einer Emission im blauen Spektralbereich eingesetzt werden. Schließlich wäre es auch möglich, zwei ultraviolett emittierende Halbleiterkörper zu verwenden, wovon der eine mit den Lumineszenz-Konversionselementen mit Emission im roten und grünen Spektralbereich und der andere mit dem Lumineszenz-Konversionselement mit Emission im blauen Spektralbereich beschichtet ist, so daß die Konversion unmittelbar am Halbleiterkörper erfolgt und eine nachfolgende Mehrfachkonversion weitgehend vermieden wird.
  • Die letztgenannten beiden Möglichkeiten mit zwei Halbleiterkörpern erfordern jedoch einen höheren technischen Aufwand, sind hinsichtlich der Einstellung des Farborts weniger flexibel und weisen insgesamt eine niedrigere Effizienz auf. Unter der Effizienz wird hierbei das Verhältnis von erzeugtem Lichtstrom, bezogen auf die elektrische Betriebsleistung verstanden.
  • Allgemein tritt bei gleichzeitigem Einsatz von zwei oder mehr Lumineszenz-Konversionselementen das Problem auf, daß die von dem Lumineszenz-Konversionselement mit der kleinsten Emissionswellenlänge emittierte Strahlung von den anderen Lumineszenz-Konversionselementen absorbiert und in längerwellige Strahlung konvertiert wird, so daß insgesamt der Anteil der kurzwelligen Strahlung zugunsten der längerwelligen Strahlung reduziert wird.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiter-Bauelement der genannten Art mit mindestens zwei Lumineszenz-Konversionselementen zu entwickeln, bei dem eine mehrfache Konversion und eine damit einhergehende Verringerung der Effizienz vermieden wird. Insbesondere soll ein Halbleiter-Bauelement mit mindestens zwei, vorzugsweise drei Lumineszenz-Konversionselementen geschaffen werden, das mischfarbiges Licht mit einer möglichst hohen Effizienz erzeugt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiterkörper, der Strahlung mit einer Wellenlänge λ0 generiert, vorgesehen, wobei dem Halbleiterkörper in Abstrahlungsrichtung eine Mehrzahl von Schichten nachgeordnet ist, die jeweils mindestens ein Lumineszenz-Konversionselement enthalten, das bei Anregung mit der Wellenlänge λ0 Strahlung einer anderen Wellenlänge emittiert. Dabei sind die Schichten so nacheinander angeordnet, daß jeweils die Emissionswellenlänge des Lumineszenz-Konversionselements einer Schicht größer ist als die Emissi onswellenlänge des Lumineszenz-Konversionselement der in Abstrahlungsrichtung nachfolgenden Schicht. Unter der Emissionswellenlänge ist jeweils die Wellenlänge der von dem Luminsezenz-Konversionselement emittierten Strahlung, insbesondere die Wellenlänge maximaler Strahlungsintensität im Emissionsspektrum des Lumineszenzkonversionselements, zu verstehen.
  • Durch die genannte Anordnung der Schichten erfolgt in Abstrahlungsrichtung gesehen zunächst die Konversion in langwellige Strahlung und erst in den nachfolgenden Schichten die Konversion in kürzerwellige Strahlung. Da die Konversion von Strahlung in kurzwelligere Strahlung (up-conversion) energetisch wesentlich ungünstiger und damit unwahrscheinlicher ist als die Konversion in längerwellige Strahlung (down-conversion), wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schichten eine Mehrfachkonversion und damit eine Verminderung des kurzwelligen Strahlungsanteils bei dem emittierten Licht insgesamt vermieden. In der Folge wird eine höhere Effizienz bei einem derartigen erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelement erreicht.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können in einer Schicht auch zwei oder mehr Lumineszenz-Konversionselemente enthalten sein, wobei deren Emissionswellenlängen jeweils größer sind als die Emissionswellenlänge des Lumineszenz-Konversionselements der in Abstrahlungsrichtung nachfolgenden Schicht. Sollte die letztgenannte, in Abstrahlungsrichtung nachfolgende Schicht ebenfalls eine Mehrzahl von Lumineszenz-Konversionselementen enthalten, so ist bei dieser bezüglich der Reihenfolge der Schichten die größte Emissionswellenlänge der Lumineszenz-Konversionselemente maßgebend.
  • Diese Weiterbildung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei den in einer Schicht enthaltenen Lumineszenz-Konversionselementen eine mehrfache Konversion vernachlässigbar oder nicht möglich ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Emissionswellenlänge nahe beieinander liegen und deutlich größer sind als die zur Anregung der Lumineszenz-Konversionselemente erforderliche Wellenlänge. Auf diese Weise wird bei gegebener Anzahl von Lumineszenz-Konversionselementen die Anzahl der hierfür benötigten Schichten reduziert und damit der Aufwand zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements gesenkt.
  • Vorzugsweise liegt bei der Erfindung die Wellenlänge der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung im ultravioletten Spektralbereich. Hierfür eignen sich insbesondere Halbleiterkörper auf der Basis von Nitridverbindungshalbleitern. Unter Nitridverbindungshalbleitern sind insbesondere Halbleiter zu verstehen, die eine Nitridverbindung von Elementen der dritten und/oder fünften Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente wie beispielsweise GaN, AlN,InN, InGaN, AlGaN oder AlInGaN enthalten.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die sich vor allem zur Erzeugung von mischfarbigem Licht eignet, liegt die Emissionswellenlänge des Lumineszenz-Konversionselements in einer der Schichten im gelben oder roten Spektralbereich.
  • Vorzugsweise ist der Schicht, die ein Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge im gelben oder roten Spektralbereich enthält, in Abstrahlungsrichtung eine Schicht mit einem Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge im grünen Spektralbereich nachgeordnet. Durch die genannte Reihenfolge der Schichten wird eine unerwünschte Mehrfachkonversion der vom Halbleiterkörper erzeugten Strahlung in den grünen und nachfolgenden den roten Spektralbereich vermieden.
  • Bevorzugt ist der Schicht, die ein Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge im grünen Spektralbereich enthält, in Abstrahlungsrichtung eine Schicht mit einem Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissions wellenlänge im blauen Spektralbereich nachgeordnet. Wiederum wird durch die genannte Anordnung eine Mehrfachkonversion der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung ins Blaue und nachfolgend in einen längerwelligen Spektralbereich vermieden.
  • Die genannte Weiterbildung der Erfindung mit drei Lumineszenz-Konversionselementen, deren Emissionswellenlängen im roten, grünen und blauen Spektralbereich liegen, eignet sich insbesondere zur Erzeugung von mischfarbigem Licht, wobei durch die Farben rot, grün und blau im Farbraum ein Farbdreieck aufgespannt wird, das den Farbraum zu großen Teilen abdeckt. Die gewünschte Mischfarbe kann dabei in weiten Grenzen durch die Mengenverhältnisse der Lumineszenz-Konversionselemente eingestellt werden. Eine Überschußzugabe der Lumineszenz-Konversionselemente mit den kürzeren Emissionswellenlängen ist nicht erforderlich, da Mehrfachkonversionen vorteilhaft unterdrückt werden.
  • Bei einer Variante der Erfindung mit drei Lumineszenz-Konversionselementen mit Emissionswellenlängen im roten, grünen und blauen Spektralbereich sind die beiden erstgenannten Lumineszenz-Konversionselemente mit den längeren Emissionswellenlängen in einer gemeinsamen Schicht angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß bei gewissen Lumineszenz-Konversionselementen mit Emissionswellenlängen vom roten bis zum grünen Spektralbereich Mehrfachkonversionen nur geringfügig auftreten und in Kauf genommen werden können. Dies gilt in der Regel nicht für Lumineszenz-Konversionselemente mit Emissionswellenlängen im blauen Spektralbereich.
  • Vorzugsweise sind bei der Erfindung die Schichten mittels einer Einbettungsmasse gebildet, in der das betreffende Lumineszenz-Konversionselement bzw. die Lumineszenz-Konversionselemente verteilt sind. Als Einbettungsmasse eignet sich insbesondere ein Reaktionsharz wie beispielsweise ein Epoxidharz, ein Acrylharz oder ein Silikonharz oder einer Mischung dieser Harze. Dabei kann die dem Halbleiterkörper nächstliegende Schicht so ausgebildet sein, daß sie an den Halbleiterkörper angrenzt und diesen teilweise umhüllt. Damit wird ein besonders kompakter Aufbau erreicht, wobei durch die Schichten mit Lumineszenz-Konversionselementen zugleich ein Schutz für den Halbleiterkörper gebildet ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Halbleiter-Bauelement ein Gehäuse mit einer Ausnehmung auf, deren Wände als Reflektor für die erzeugte Strahlung dienen können. Der Halbleiterkörper sowie die nachgeordneten Schichten mit Lumineszenz-Konversionselementen sind dabei innerhalb der Ausnehmung angeordnet.
  • Alternativ kann der Halbleiterkörper auch auf einem Leiterrahmen montiert sein, wobei die Schichten den Halbleiterkörper umhüllen und somit gleichzeitig ein Gehäuse für den Halbleiterkörper bilden.
    •
  • Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den 1 bis 5.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements,
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements,
  • 3 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements,
  • 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements,
  • 5 eine schematische Darstellung von Emissionsspektren von Leuchtstoffen, die sich für die Erfindung besonders eignen und
  • 6 die schematische Darstellung eines Emissionsspektrums eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindurgsgemäßen Halbleiter-Bauelements.
  • Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Bauelements weist einen Träger 1 auf, auf dem ein Halbleiterkörper 2 angeordnet ist. Dem Halbleiterkörper sind in Abstrahlungsrichtung mehrere Schichten 3 – dargestellt sind drei Schichten 3a, 3b, 3c – nachgeordnet, in denen jeweils ein Lumineszenz-Konversionselement 4a, 4b, 4c mit jeweils unterschiedlicher Emissionswellenlängen verteilt ist.
  • Die Lumineszenz-Konversionselemente werden jeweils durch die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung der Wellenlänge λ0 angeregt und emittieren Strahlung einer anderen Wellenlänge λ1, λ2, λ3. Die Schichten 3a, 3b, 3c mit den darin enthaltenen Lumineszenz-Konversionselementen 4a, 4b, 4c sind dabei so angeordnet, daß die Wellenlänge der von den Lumineszenz-Konversionselementen 4a, 4b, 4c emittierte Strahlung λ1, λ2, λ3 in Abstrahlungsrichtung gesehen mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterkörper abnimmt. Es wird also in der dem Halbleiterkörper am nächsten liegenden Schicht 3a, die den Halbleiterkörper auch teilweise umhüllt, mittels des Lumineszenz-Konversionselements 4a die Strahlung mit der längsten Wellenlänge λ1 erzeugt. Die der Schicht 3a in Abstrahlungsrichtung nachgeordnete Schicht 3b enthält ein Lumineszenz-Konversionselement 4b, das Strahlung mit der Wellenlänge λ2 emittiert, die kleiner als die Wellenlänge λ1 ist.
  • Beispielsweise kann in der Schicht 3a ein Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge im roten Spektralbereich und in der nachfolgenden Schicht 3b ein Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge im kürzerwelligen grünen Spektralbereich enthalten sein.
  • Weitergehend ist in Abstrahlungsrichtung bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf die zweite Schicht 3b eine dritte Schicht 3c aufgebracht, in der ein Lumineszenz-Konversionselement enthalten ist, das bei einer noch kürzeren Wellenlänge λ3 emittiert. Dies kann beispielsweise ein Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge im blauen Spektralbereich sein.
  • Ein derartiges Halbleiterbauelement erzeugt mischfarbiges Licht mit den Farbkomponenten Rot, Grün und Blau entsprechend den Wellenlängen λ1, λ2, λ3. Der Farbort des emittierten mischfarbigen Lichts kann durch die Mengenverhältnisse der Lumineszenz-Konversionselemente festgelegt werden, wobei vorteilhafterweise eine Änderung der Wellenlänge λ0 der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung sowie dessen sonstige optische Parameter hierzu nicht geändert werden müssen. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch nur zwei Schichten oder mehr als drei Schichten vorgesehen sein.
  • In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt schematisch dargestellt. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Halbleiter-Bauelement hier ein Gehäuse 5 mit einer Ausnehmung 6 auf, in der der Halbleiterkörper 2 sowie eine den Halbleiterkörper umgebende Schicht 3a und eine in Abstrahlungsrichtung nachgeordnete Schicht 3b angeordnet sind. Der Halbleiterkörper 2 weist einen Sockel 8, beispielsweise in Form einer Fenster schicht, auf, mit der der Halbleiterkörper 2 auf den Grund der Ausnehmung, z. B. einen entsprechend eingebetteten Leiterrahmen (nicht dargestellt), montiert ist. Auf den Sockel bzw. die Fensterschicht sind mehrere Halbleiterschichten, insbesondere eine oder mehrere aktive Schichten zur Strahlungserzeugung 9 aufgebracht. Oberseitig ist der Halbleiterkörper mittels eines Bond-Drahts 7 kontaktiert.
  • Der Sockel des Halbleiterkörpers 8 weist Schrägflächen 16 auf, die schräg zur Schichtebene der Halbleiterschichten angeordnet sind und die in einem gewissen Abstand in zu den Halbleiterschichten senkrechte Seitenflächen übergehen. Durch diese Gestaltung des strahlungsdurchlässigen Sockels wird eine vorteilhaft hohe Strahlungsauskopplung aus der aktiven Schicht erzielt, da durch die Schrägstellung der Seitenflächen in der Nähe der aktiven Schichten eine die Strahlungsauskopplung aus dem Sockel verhindernde Totalreflexion vermieden wird.
  • In der den Halbleiterkörper umgebenden ersten Schicht 3a ist ein Lumineszenz-Konversionselement 4a verteilt, das bei Anregung mit der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung mit der Wellenlänge λ0 Strahlung einer größeren Wellenlänge λ1 emittiert. Auf diese erste Schicht 3a ist eine zweite Schicht 3b aufgebracht, in der ein weiteres Lumineszenz-Konversionselement 4b enthalten ist, das bei Anregung mit der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung der Wellenlänge λ0 Strahlung einer anderen Wellenlänge λ2 emittiert, wobei erfindungsgemäß die Wellenlänge λ2 kleiner als die Wellenlänge λ1 ist.
  • Wiederum wird dadurch, daß die Schicht mit dem Lumineszenz-Konversionselement mit der kürzeren Wellenlänge der Schicht mit dem längerwellig emittierenden Lumineszenz-Konversionselement nachgeordnet ist, vermieden, daß eine Mehrfachkonversion von der Wellenlänge λ0 über die Wellenlänge λ2 in die längere Wellenlänge λ1 stattfindet.
  • In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt schematisch dargestellt. Gegenüber dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in der ersten Schicht 3a, die an den Halbleiterkörper 2 angrenzt und diesen teilweise umhüllt, zwei Lumineszenz-Konversionselemente 4a und 4a' enthalten, die verschiedene Emissionswellenlängen λ1 und λ1' aufweisen. Beispielsweise kann das eine Lumineszenz-Konversionselement 4a eine Emissionswellenlänge λ1 im roten Spektralbereich und das andere Lumineszenz-Konversionselement 4a' eine Emissionswellenlänge λ1' im grünen Spektralbereich aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß bei derartigen Lumineszenz-Konversionselementen eine mehrfache Konversion der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung über die Wellenlänge λ1' zur Wellenlänge λ1 sich in tolerablen Grenzen hält.
  • In der in Abstrahlungsrichtung nachgeordneten zweiten Schicht 3b ist ein weiteres Lumineszenz-Konversionselement 4b enthalten, dessen Emissionswellenlänge λ2 deutlich kürzer ist als die Emissionswellenlängen λ1 bzw. λ1' und beispielsweise im blauen Spektralbereich liegen kann.
  • Als Farbstoff eignet sich beispielsweise für das im roten Spektralbereich emittierende Lumineszenz-Konversionselement Nitridosilikat TF55/02, für das im grünen Spektralbereich emittierende Lumineszenz-Konversionselement Thiogallat LL470s und für das im blauen Spektralbereich emittierende Lumineszenz-Konversionselement SCAP OSI 247.
  • Durch die Nachordnung der zweiten Schicht 3b mit dem Lumineszenz-Konversionselement mit der kürzesten Emissionswellenlänge wird insbesondere vermieden, daß bei einem ultravioletten emittierenden Halbleiterkörper die Strahlung zweifach, nämlich zunächst in den blauen und nachfolgend in den roten Spektralbereich konvertiert wird, wobei der Blauanteil der insgesamt emittierten Strahlung vermindert und die Effizienz des Bauelements verringert wird.
  • Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel darin, daß die einzelnen Schichten 3a, 3b, 3c nach Art einer Beschichtung auf den Halbleiterkörper 2 aufgebracht sind. Dabei hüllt die an den Halbleiterkörper grenzende Schicht den Halbleiterkörper 2 ein, die in Ausstrahlungsrichtung nachfolgenden Schichten umhüllen jeweils die darunterliegende Schicht. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, daß die optischen Weglängen in den einzelnen Schichten für verschiedene Ausstrahlungsrichtungen annähernd gleich sind. Damit wird für für verschiedene Ausstrahlungsrichtungen in etwa derselbe Konversionsgrad erreicht und in der Folge ein räumlich besonders homogener Farbeindruck hervorgerufen.
  • In 5 sind die Emissionsspektren verschiedener Leuchtstoffe, die sich insbesondere für die jeweiligen Lumineszenz-Konversionselemente bei der Erfindung, etwa bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, eignen. Aufgetragen ist jeweils die Intensität der emittierten Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge bei Anregung mit einer Wellenlänge λ0 von 405 nm.
  • Das Spektrum des Leuchtstoffs SCAP OSI 247 für ein blau emittierendes Lumineszenz-Konversionselement mit einer Emissionswellenlänge von etwa 440 nm ist durch die Kurve 10 dargestellt. Das Maximum bei der Wellenlänge λ0 ist dabei auf Streuprozesse zurückzuführen und nicht dem eigentlichen Emissionsspektrum des Leuchtstoffs zuzurechnen, da diesem Intensitätsmaximum kein Konversionsprozeß zugrunde liegt.
  • In entsprechender Weise gibt die Kurve 11 das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs Thiogallat LL470S mit einem Emissionsmaximum im grünen Spektralbereich bei etwa 550 nm wieder. Die Kurve 12 zeigt ein Spektrum des Leuchtstoffs Nitridosilikat TF55/02 mit einem Emissionsmaximum λ1 im roten Spektralbereich bei etwa 620 nm.
  • Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel können insbesondere die beiden letztgenannten Leuchtstoffe mit den Emissionsspektren 11 und 12 in der den Halbleiterkörper 2 umgebenden Schicht 3a eingebracht sein, während der im Blauen emittierende Leuchtstoff SCAP OSI 247 für das Lumineszenz-Konversionselement 4b in der nachgeordneten Schicht 3b verteilt wird.
  • Insbesondere kann mit einem derartigen Bauelement bei entsprechender Gewichtung der Mengenverhältnisse der einzelnen Leuchtstoffe ein Bauelement hergestellt werden, das weißes Licht emittiert. Das Spektrum der von einem solchen Bauelement insgesamt erzeugten Strahlung ist schematisch in 6 dargestellt. Aufgetragen ist die Intensität der erzeugten Strahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Das kurzwelligste Maximum 13 des Spektrum tritt bei der Wellenlänge λ0 der von dem Halbleiterkörper emittierten Strahlung auf und beruht auf Streuprozessen an den einzelnen Lumineszenz-Konversionselementen sowie dem Anteil der Strahlung des Halbleiterkörpers, die unkonvertiert durch die einzelnen Schichten propagiert. Dieser Anteil des Spektrums liegt im ultravioletten Spektralbereich und leistet keinen Beitrag zur Farbmischung des abgestrahlten Lichts.
  • Das in Richtung größer werdender Wellenlängen folgende Maximum 14 ist dem blauen Leuchtstoff SCAP OSI 247 mit einem Maximum bei etwa 440 nm zuzuordnen, das dritte Maximum 15 mit der größten Wellenlänge ergibt sich aus einer Überlagerung der Spektren der genannten anderen beiden Leuchtstoffe Nitridosilikat TF55/02 und Thiogallat LL470s, die zu einem gemeinsamen Maximum 15 verschmelzen.
  • Die Mengenverhältnisse der Leuchtstoffe sind so gewählt, daß das mischfarbige Licht den Farbeindruck weißen Lichts hervorruft. Weiß wird hierbei auch als Farbe betrachtet. Der Farbort des gezeigten Ausführungsbeispiels liegt bei x = 0,337, y = 0,37. Mit einem derartigen Bauelement wird eine vergleichsweise hohe Effizienz bis zu 20 lm/W erreicht.
  • Die Erläuterung der Erfindung anhand der gezeigten Ausführungsbeispiels ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung hierauf zu verstehen. Vielmehr können einzelne Aspekte der gezeigten Ausführungsbeispiele im Rahmen der Erfindung weitgehend frei kombiniert werden.

Claims (12)

  1. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement mit einem Halbleiterkörper (2), der Strahlung mit einer Wellenlänge λ0 emittiert, dadurch gekennzeichnet , daß dem Halbleiterkörper (2) in Abstrahlungsrichtung eine Mehrzahl von Schichten (3) nachgeordnet ist, die jeweils mindestens ein Lumineszenz-Konversionselement (4) enthalten, das bei Anregung mit der Wellenlänge λ0 Strahlung einer anderen Wellenlänge emittiert, wobei die Schichten so nacheinander angeordnet sind, daß jeweils die Wellenlänge der von dem Lumineszenz-Konversionselement (4) einer Schicht (3) emittierten Strahlung größer ist als die Wellenlänge der Strahlung, die von dem Lumineszenz-Konversionselement (4) der in Abstrahlungsrichtung nachfolgenden Schicht (3) emittiert wird.
  2. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schicht (3) zwei oder mehr Lumineszenz-Konversionselemente (4a, 4a') enthält, deren Emissionswellenlängen jeweils größer sind als die Emissionswellenlängen des Lumineszenz-Konversionselements (4b) der in Abstrahlungsrichtung folgenden Schicht (3b).
  3. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge λ0 der von dem Halbleiterkörper (2) emittierten Strahlung im ultravioletten oder blauen Spektralbereich liegt.
  4. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionswellenlänge des Lumineszenz-Konversionselements (4a) in einer der Schichten (3a) im gelben oder roten Spektralbereich liegt.
  5. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3a), die ein Lumineszenz-Konversionselement (4a) mit einer Emissionswellenlänge im gelben oder roten Spektralbereich enthält, ein weiteres Lumineszenz-Konversionselement (4a') mit einer Emissionswellenlänge im grünen Spektralbereich enthält.
  6. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß derjenigen Schicht (3a), die ein Lumineszenz-Konversionselement (4a) mit einer Emissionswellenlänge im gelben oder roten Spektralbereich enthält, in Abstrahlungsrichtung eine Schicht (3b) mit einem Lumineszenz-Konversionselement (4b) mit einer Emissionswellenlänge im grünen Spektralbereich nachgeordnet ist.
  7. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß derjenigen Schicht (3a, 3a'), die ein Lumineszenz-Konversionselement (4a, 4a') mit einer Emissionswellenlänge im grünen Spektralbereich enthält, in Abstrahlungsrichtung eine Schicht (3b) mit einem Lumineszenz-Konversionselement (4b) mit einer Emissionswellenlänge im blauen Spektralbereich nachgeordnet ist.
  8. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper einen Nitridverbindungshalbleiter enthält.
  9. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Bauelement einen Reflektor aufweist, wobei der Halbleiterkörper (2) und die nachgeordneten Schichten (3) zumindest teilweise innerhalb des Reflektors angeordnet sind.
  10. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Schichten (3) als Einbettungsmasse für das Lumineszenz-Konversionselement bzw. die Lumineszenz-Konversionselemente (4) ein Epoxydharz, ein Silikonharz, ein Acrylharz oder eine Mischung dieser Harze enthält.
  11. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (2) von der am nächsten liegenden Schicht (3a) zumindest teilweise umhüllt wird und vorzugsweise unmittelbar an diese Schicht (3a) angrenzt.
  12. Strahlungsemittierendes Halbleiter-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es im Betrieb mischfarbiges Licht abstrahlt, das insbesondere den Farbeindruck weißen Lichts hervorruft.
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