DE102011114192A1

DE102011114192A1 - Method and device for color locus control of a light emitted by a light-emitting semiconductor component

Info

Publication number: DE102011114192A1
Application number: DE102011114192A
Authority: DE
Inventors: Dirk Berben
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-03-28
Also published as: WO2013041629A1; DE102011114192A8

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Farbortsteuerung eines von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement (1) abgestrahlten Lichts (10) angeben, wobei das Licht emittierende Halbleiterbauelement (1) einen ein Primärlicht (11) emittierenden Halbleiterchip (2) und zumindest einen dem Halbleiterchip (2) nachgeordneten Wellenlängenkonversionsstoff (3) aufweist, der einen Teil des Primärlichts (11) in davon verschiedenes Sekundärlicht (12) umwandelt, so dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement (1) Licht (10) aufweisend einen unkonvertierten Teils des Primärlichts (11) und das Sekundärlicht (12) abstrahlt, der Wellenlängenkonversionsstoff (3) eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz aufweist, das Halbleiterbauelement (1) mittels Pulsweitenmodulation mit einem Betriebsstrom I und einem Tastverhältnis T betrieben wird, wobei I und T eingestellt werden in Abhängigkeit von einem gewünschten Farbort des abgestrahlten Lichts (10) und einer vorgegebenen mittleren Intensität des Primärlichts (11) oder in Abhängigkeit von einem gewünschten Farbort des abgestrahlten Lichts (10) und einer vorgegebenen mittleren Helligkeit des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement (1) abgestrahlten Lichts (10). Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.The invention relates to a method for controlling the color coordinates of a light emitted by a light-emitting semiconductor component (1), wherein the light-emitting semiconductor component (1) has a semiconductor chip (2) emitting a primary light (11) and at least one downstream of the semiconductor chip (2) Wavelength conversion substance (3) which converts a part of the primary light (11) into different secondary light (12) so that the light-emitting semiconductor device (1) has light (10) comprising an unconverted part of the primary light (11) and the secondary light (12 ), the wavelength conversion substance (3) has an intensity-dependent conversion efficiency, the semiconductor device (1) is operated by means of pulse width modulation with an operating current I and a duty cycle T, wherein I and T are adjusted depending on a desired color locus of the emitted light (10) and a predetermined mean intensity of Primary light (11) or in dependence on a desired color locus of the emitted light (10) and a predetermined average brightness of the light emitting semiconductor device (1) emitted light (10). Furthermore, an apparatus for carrying out the method is specified.

Description

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Farbortsteuerung eines von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Lichts angegeben.A method and a device for color locus control of a light emitted by a light-emitting semiconductor component are specified.

Um den Farbort des Emissionsspektrums von auf Licht emittierenden Dioden (LEDs) basierenden Lichtquellen zu ändern, verwendet man üblicherweise mehrere verschiedene LEDs, die Licht mit voneinander unterschiedlichem Farbort abstrahlen, das überlagert wird. Durch eine individuelle Intensitätsregelung der einzelnen LEDs kann der Farbort des gesamten von der Lichtquelle abgestrahlten Mischlichts gesteuert werden. Dazu ist es aber notwendig, mehrere Versorgungselektroniken, beispielsweise in einer gemeinsamen Steuerungseinheit, einzusetzen, um die einzelnen LEDs mit unabhängig einstellbaren und unterschiedlichen Leistung betreiben zu können. Üblicherweise sind die Versorgungseinheiten und damit Steuerungseinheiten mit diesen groß, teuer und fehleranfällig.In order to change the color location of the emission spectrum of light-emitting diode (LED) based light sources, it is common to use a plurality of different LEDs which emit light having a different color locus which is superimposed. By an individual intensity control of the individual LEDs, the color location of the entire mixed light emitted by the light source can be controlled. For this purpose, it is necessary to use several supply electronics, for example, in a common control unit to operate the individual LEDs with independently adjustable and different power. Usually, the supply units and thus control units with these are large, expensive and error-prone.

Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Farbortsteuerung eines von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Lichts anzugeben. Zumindest eine Aufgabe von weiteren Ausführungsformen ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.At least one object of certain embodiments is to specify a method for color locus control of a light emitted by a light-emitting semiconductor component. At least one object of further embodiments is to provide a device for carrying out the method.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und einen Gegenstand mit Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung gehen weiterhin auch aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.These objects are achieved by a method and an object having features according to the independent claim. Advantageous embodiments and developments of the method and the device will continue to be apparent from the following description and the drawings.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem Verfahren der Farbort des Lichts gesteuert, das von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlt wird. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement weist insbesondere einen ein Primärlicht emittierenden Halbleiterchip auf, dem zumindest ein Wellenlängenkonversionsstoff nachgeordnet ist, so dass der Wellenlängenkonversionsstoff vom Primärlicht des Halbleiterchips beleuchtet wird. Der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff wandelt einen Teil des vom Halbleiterchip emittierten Primärlichts in Sekundärlicht um, das verschieden vom Primärlicht ist. Beispielsweise kann der Wellenlängenkonversionsstoff kurzwelliges Primärlicht in längerwelliges Sekundärlicht umwandeln. Beispielsweise kann das Primärlicht einen blauen bis grünen Spektralbereich aufweisen, bevorzugt einen blauen Spektralbereich, während das Sekundärlicht einen grünen bis roten Spektralbereich, also beispielsweise grünes Licht, gelbes Licht und/oder rotes Licht, aufweist.In accordance with at least one embodiment, in one method the color location of the light emitted by a light-emitting semiconductor component is controlled. The light-emitting semiconductor component has, in particular, a semiconductor chip emitting a primary light, to which at least one wavelength conversion substance is arranged downstream, so that the wavelength conversion substance is illuminated by the primary light of the semiconductor chip. The at least one wavelength conversion substance converts part of the primary light emitted by the semiconductor chip into secondary light that is different from the primary light. For example, the wavelength conversion substance can convert short-wave primary light into longer-wavelength secondary light. By way of example, the primary light can have a blue to green spectral range, preferably a blue spectral range, while the secondary light has a green to red spectral range, ie, for example, green light, yellow light, and / or red light.

Das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlte Licht, im Folgenden auch als Mischlicht bezeichnet, wird durch eine Überlagerung des unkonvertierten Teils des Primärlichts und des vom Wellenlängenkonversionsstoff erzeugten Sekundärlichts gebildet. Der Farbort des Mischlichts, das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlt wird, ergibt sich aus den relativen Anteilen des abgestrahlten unkonvertierten Primärlichts und des abgestrahlten Sekundärlichts.The light emitted by the light-emitting semiconductor component, hereinafter also referred to as mixed light, is formed by a superposition of the unconverted part of the primary light and the secondary light generated by the wavelength conversion substance. The color location of the mixed light emitted by the light-emitting semiconductor component results from the relative proportions of the emitted unconverted primary light and the emitted secondary light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz, die hier und im Folgenden auch als Quanteneffizienz QE(I) bezeichnet wird, auf. Das bedeutet mit anderen Worten, dass sich der relative Anteil des auf den Wellenlängenkonversionsstoff eingestrahlten Primärlichts, der vom zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoff in Sekundärlicht konvertiert wird, in Abhängigkeit von der Intensität des Primärlichts ändert. Insbesondere kann der Wellenlängenkonversionsstoff derart ausgebildet sein, dass die Konversionseffizienz bzw. Quanteneffizienz mit steigender Lichtintensität des Halbleiterchips, also mit steigender Intensität des Primärlichts, abnimmt.According to a further embodiment, the at least one wavelength conversion substance has an intensity-dependent conversion efficiency, which here and below is also referred to as quantum efficiency QE (I). In other words, this means that the relative proportion of the primary light irradiated onto the wavelength conversion substance, which is converted by the at least one wavelength conversion substance into secondary light, changes in dependence on the intensity of the primary light. In particular, the wavelength conversion substance can be embodied such that the conversion efficiency or quantum efficiency decreases with increasing light intensity of the semiconductor chip, ie with increasing intensity of the primary light.

Aufgrund der intensitätsabhängigen Quanteneffizienz ist es bei dem hier beschriebenen Verfahren möglich, im Mischlicht das Verhältnis zwischen dem Teil des Primärlichts, der unkonvertiert abgestrahlt wird, und dem vom Wellenlängenkonversionsstoff abgestrahlten Sekundärlicht durch Steuerung der Intensität des Primärlichts zu ändern bzw. einzustellen. Dadurch kann sich in Abhängigkeit von der Intensität des Primärlichts der Farbort des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Mischlichts ändern.Due to the intensity-dependent quantum efficiency, it is possible in the mixed-light method to change or adjust the ratio between the part of the primary light which is emitted without conversion and the secondary light emitted by the wavelength conversion substance by controlling the intensity of the primary light. As a result, the color location of the mixed light emitted by the light-emitting semiconductor component can change as a function of the intensity of the primary light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Licht emittierende Halbleiterchip mittels Pulsweitenmodulation betrieben. Das bedeutet mit anderen Worten, dass der Betriebsstrom I, der zur Erzeugung des Primärlichts im Halbleiterchip dem Halbleiterchip aufgeprägt wird, beispielsweise in Form eines Rechtecksignals oder eines zumindest im Wesentlichen rechteckigen Signals über die Betriebszeit regelmäßig ein- und ausgeschaltet wird. Das Verhältnis zwischen An- und Ausschaltzeit des Betriebsstroms während des Betriebs wird als Tastverhältnis T oder ”duty cycle” bezeichnet. Beträgt die Anschaltzeit 100% der Betriebszeit, also T = 1, so bedeutet dies, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement im so genannten Dauerstrich-, Gleichstrom- oder DC-Betrieb betrieben wird.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor chip is operated by means of pulse width modulation. In other words, this means that the operating current I, which is impressed on the semiconductor chip for generating the primary light in the semiconductor chip, is regularly switched on and off over the operating time, for example in the form of a rectangular signal or an at least substantially rectangular signal. The ratio between on and off time of the operating current during operation is referred to as duty cycle T or "duty cycle". If the turn-on time is 100% of the operating time, ie T = 1, this means that the light-emitting semiconductor component is operated in so-called CW, DC or DC operation.

Die Länge einer Periode umfassend eine Anschaltzeit und eine Ausschaltzeit und damit auch die Frequenz, mit der die Anschaltzeiten aufeinander folgen, mit anderen Worten die Pulsfrequenz, werden beim hier beschriebenen Verfahren vorzugsweise derart gewählt, dass für das menschliche Auge aufgrund dessen Trägheit ein gleichmäßiger Leuchteindruck entsteht. The length of a period comprising a turn-on time and a turn-off time and thus also the frequency with which the turn-on times follow one another, in other words the pulse frequency, are preferably selected in the method described here in such a way that a uniform light impression is produced for the human eye due to its inertia ,

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Betriebsstrom I während der Anschaltzeit, also die Amplitude der einzelnen Strompulse, entsprechend dem gewünschten Farbort des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Mischlichts gesteuert. Weist der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff beispielsweise eine Konversionseffizienz auf, die mit steigender Intensität des Primärlichts abnimmt, kann der Betriebsstrom I erhöht werden, um den relativen Anteil des unkonvertierten Primärlichts des Mischlichts zu erhöhen bzw. den relativen Anteil des Sekundärlichts des Mischlichts zu verringern.According to a further embodiment, the operating current I is controlled during the turn-on time, ie the amplitude of the individual current pulses, corresponding to the desired color location of the mixed light emitted by the light-emitting semiconductor component. If the at least one wavelength conversion substance has, for example, a conversion efficiency which decreases with increasing intensity of the primary light, the operating current I can be increased in order to increase the relative proportion of the unconverted primary light of the mixed light or to reduce the relative proportion of the secondary light of the mixed light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Tastverhältnis T in Abhängigkeit vom gewählten Betriebsstrom I derart eingestellt, dass die vom Licht emittierenden Halbleiterchip im Zeitmittel abgestrahlte Intensität einen vorgewählten konstanten Wert aufweist. Beispielsweise kann der konstante Wert durch die gewünschte abgestrahlte Intensität des Primärlichts im Dauerstrichbetrieb, also für ein Tastverhältnis T = 1, vorgegeben sein. Wird die abgestrahlte Intensität des Primärlichts zur Änderung des Farborts des Mischlichts durch Erhöhung des Betriebstroms I erhöht, wird das Tastverhältnis T entsprechend verringert, um die im Zeitmittel abgestrahlte Intensität des Primärlichts konstant zu halten. Bei reinen Rechteckspulsen kann insbesondere das Produkt T·I konstant gehalten werden.According to a further embodiment, the duty cycle T is set in dependence on the selected operating current I such that the intensity emitted by the light-emitting semiconductor chip in the time average has a preselected constant value. For example, the constant value can be predetermined by the desired radiated intensity of the primary light in continuous wave mode, that is to say for a duty cycle T = 1. If the radiated intensity of the primary light for changing the color locus of the mixed light is increased by increasing the operating current I, the duty cycle T is correspondingly reduced in order to keep the intensity of the primary light radiated on a time average constant. In the case of pure rectangular pulses, in particular the product T · I can be kept constant.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Tastverhältnis T in Abhängigkeit vom gewählten Betriebsstrom I derart eingestellt, dass die vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement im Zeitmittel abgestrahlte Intensität des Mischlichts, also die Helligkeit des von Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Lichts, einen vorgewählten konstanten Wert aufweist, also eine vorgewählte mittlere Helligkeit. Das kann insbesondere bedeuten, dass mit steigendem Betriebstrom I und entsprechend verringert gewähltem Tastverhältnis T das Produkt T·I einen vom Betriebstrom I abhängigen veränderlichen Wert annehmen kann, durch den beispielsweise nicht-lineare intensitätsabhängige Veränderungen der Konversionseffizienz ausgeglichen werden können. Mit anderen Worten können beispielsweise im Vergleich zu den Werten von I und T, die beispielsweise bei reinen Rechteckspulsen für ein konstantes Produkt T·I zu wählen sind, mit steigendem Betriebsstrom I der Betriebstrom I und/oder das Tastverhältnis T um einen Korrekturwert dI bzw. dT angepasst werden, um eine konstante Helligkeit des Mischlichts zu erhalten.According to a further embodiment, the duty cycle T is set in dependence on the selected operating current I such that the intensity of the mixed light radiated by the light-emitting semiconductor component in the time average, ie the brightness of the light emitted by the light-emitting semiconductor component, has a preselected constant value, ie a preselected value medium brightness. This may mean, in particular, that with increasing operating current I and correspondingly reduced selected duty cycle T, the product T · I can assume a variable value dependent on the operating current I, by means of which, for example, non-linear intensity-dependent changes in the conversion efficiency can be compensated. In other words, for example, in comparison to the values of I and T, which are to be selected, for example, with pure square-wave pulses for a constant product T · I, the operating current I and / or the duty cycle T increase by a correction value dI or with increasing operating current I. dT be adjusted to obtain a constant brightness of the mixed light.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es somit möglich, über das Tastverhältnis T und damit die Pulsbreite der Strompulse zusammen mit einer gleichzeitigen Regelung des Betriebstroms I und damit der Pulshöhe unabhängig vom durch den Betriebstrom I während eines Strompulses einstellbaren Farbort des Mischlichts eine gleich bleibende, vorgewählte mittlere Intensität des Primärlichts oder eine gleich bleibende, vorgewählte mittlere Intensität der von einem Betrachter wahrgenommenen Helligkeit des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelements abgestrahlten Mischlichts zu bewirken.In the method described here, it is thus possible, via the duty cycle T and thus the pulse width of the current pulses together with a simultaneous control of the operating current I and thus the pulse height independent of the adjustable by the operating current I during a current pulse color location of the mixed light a constant, preselected To cause average intensity of the primary light or a constant, preselected average intensity of perceived by a viewer brightness of the light emitting semiconductor device radiated mixed light.

Mit Vorteil wird beim hier beschriebenen Verfahren somit ausgenutzt, dass der Wellenlängenkonversionsstoff mit der intensitätsabhängigen Konversionseffizienz auf Änderungen des während eines Strompulses aufgeprägten Betriebsstroms mit einer Änderung des Anteils des Primärlichts reagiert, der in Sekundärlicht konvertiert wird.Advantageously, the method described here thus utilizes the fact that the wavelength conversion substance with the intensity-dependent conversion efficiency reacts to changes in the operating current impressed during a current pulse with a change in the proportion of the primary light which is converted into secondary light.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren kann somit der Farbort des abgestrahlten Lichts eines einzelnen Halbleiterchips mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsstoff gezielt geändert werden, ohne die abgestrahlte Intensität des Primärlichts oder des Mischlichts zu verändern. Somit kann auch der Farbort des abgestrahlten Lichts beispielsweise eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements mit einem einzelnen Licht emittierenden Halbleiterchip mit einem Wellenlängenkonversionsstoff oder mit lediglich gleichen Halbleiterchips mit Wellenlängenkonversionsstoff gezielt geändert werden. Der hohe Aufwand der Farbortsteuerung von bisher bekannten LED-basierten Beleuchtungssystemen, die den Einsatz mehrerer verschiedener LEDs mit unterschiedlichem Farbort und damit unterschiedlicher Wellenlängenkonversionsstoffmischung und/oder unterschiedlicher Halbleiterchip-Wellenlängen erfordern, die über jeweils angepasste unterschiedliche Versorgungselektroniken betrieben werden, kann dadurch vermieden werden. Insbesondere bietet das hier beschriebene Verfahren die Möglichkeit, den Farbort eines einzelnen Licht emittierenden Halbleiterchips aktiv zu regeln. Bisher war dies nicht möglich, da es nicht bekannt war, die Emission eines gegebenen Wellenlängenkonversionsstoffs oder einer Wellenlängenkonversionsstoffsmischung gezielt zu ändern.In the method described here, the color location of the emitted light of a single semiconductor chip with at least one wavelength conversion substance can thus be changed in a targeted manner, without changing the radiated intensity of the primary light or of the mixed light. Thus, the color location of the emitted light, for example, of a light-emitting semiconductor component with a single light-emitting semiconductor chip with a wavelength conversion substance or with only identical semiconductor chips with wavelength conversion substance can be changed in a targeted manner. The high cost of color locus control of previously known LED-based lighting systems that require the use of several different LEDs with different color location and thus different wavelength conversion mixture and / or different semiconductor chip wavelengths that are operated via each adapted different power electronics can be avoided. In particular, the method described here offers the possibility of actively regulating the color locus of a single light-emitting semiconductor chip. Until now, this was not possible since it was not known to change the emission of a given wavelength conversion substance or a wavelength conversion substance mixture in a targeted manner.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff ausgewählt aus einem nitridischen Wellenlängenkonversionsstoff, einem Nitrido-Orthosilikat, Chlorosilikat, Orthosilikat, Oxinitrid und einem Sialon.According to a further embodiment, the at least one wavelength conversion substance is selected from a nitridic wavelength conversion substance, a nitrido-orthosilicate, chlorosilicate, orthosilicate, oxynitride and a sialon.

Insbesondere kann der Wellenlängenkonversionsstoff ausgewählt sein aus einem Eu-dotierten Orthosilikat und besonders bevorzugt aus einem Eu-dotierten Nitrido-Orthosilikat. Derartige Wellenlängenkonversionsstoffe können bevorzugt blaues Licht in grünes bis gelbes Licht umwandeln. In particular, the wavelength conversion substance can be selected from an Eu-doped orthosilicate and particularly preferably from an Eu-doped nitrido-orthosilicate. Such wavelength conversion materials can preferably convert blue light to green to yellow light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff einen Eu-dotierten Wellenlängenkonversionsstoff auf. Insbesondere bei Eu-aktivierten Wellenlängenkonversionsstoffen wurde eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz festgestellt.According to a further embodiment, the at least one wavelength conversion substance has an Eu-doped wavelength conversion substance. In particular, in the case of Eu-activated wavelength conversion substances, an intensity-dependent conversion efficiency was found.

Der Wellenlängenkonversionsstoff kann insbesondere einen Wellenlängenkonversionsstoff mit der Summenformel AE_2-x-aRE_xEu_aSiO_4-xN_x aufweisen, wobei AE ein Alkali- oder Erdalkalimetall bezeichnet, insbesondere eines oder mehrere ausgewählt aus Sr, Ba, Ca, Mg, und RE ein Metall der Seltenen Erden, insbesondere eines oder mehrere ausgewählt aus La, Y, Sc, Pr, Dy, Tm, Tb, Ho wobei bevorzugt a > 0 und wobei bevorzugt auch x > 0 gilt. Besonders bevorzugt kann 0,02 ≤ a ≤ 0,45 und 0,003 ≤ x ≤ 0,2 sein. Derartige Wellenlängenkonversionsstoffe sind beispielsweise in der Druckschrift US 7,489,073 B2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich vollumfänglich durch Rückbezug aufgenommen wird.The wavelength _{conversion substance} can in particular have a wavelength _{conversion substance} with the empirical formula AE _2-xa RE _x Eu _a SiO ₄ -xN _x , wherein AE denotes an alkali or alkaline earth metal, in particular one or more selected from Sr, Ba, Ca, Mg, and RE a rare-earth metal, in particular one or more selected from La, Y, Sc, Pr, Dy, Tm, Tb, Ho, where preferably a> 0 and preferably also x> 0. Particularly preferably, 0.02 ≦ a ≦ 0.45 and 0.003 ≦ x ≦ 0.2. Such wavelength conversion substances are for example in the document US 7,489,073 B2 The disclosure of which is fully incorporated by reference.

Besonders bevorzugt kann als Metall der Seltenen Erden La im Wellenlängenkonversionsstoff mit der oben angegeben Summenformel vorhanden sein. Es hat sich gezeigt, dass derartige Wellenlängenkonversionsstoffe eine ausgeprägte intensitätsabhängige Quanteneffizienz aufweisen können.Particularly preferred may be present as the rare earth metal La in the wavelength conversion substance with the above-stated empirical formula. It has been found that such wavelength conversion materials can have a pronounced intensity-dependent quantum efficiency.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff ein nitridischer Wellenlängenkonversionsstoff. Insbesondere kann der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff ausgewählt sein aus einem (Sr, Ca, Ba)₂Si₅N₈-basierten, einem (Sr, Ca, Ba)SiN₃-basierten und einem CaAlSiN-basierten Wellenlängenkonversionsstoff. Derartige, insbesondere Eu-dotierte, nitridische Wellenlängenkonversionsstoffe können bevorzugt blaues Licht in rotes Licht umwandeln.According to a further embodiment, the at least one wavelength conversion substance is a nitridic wavelength conversion substance. In particular, the at least one wavelength conversion substance can be selected from a (Sr, Ca, Ba) ₂ Si ₅ N ₈ -based, a (Sr, Ca, Ba) SiN ₃ -based and a CaAlSiN-based wavelength conversion substance. Such, in particular Eu-doped, nitridic wavelength conversion substances can preferably convert blue light into red light.

In einer weiteren Ausführungsform ist der nitridische Wellenlängenkonversionsstoff (Sr_0,5-x/2Ba_0,5-x/2)₂Si₅N₈:Eu_x, wobei für den Eu-Anteil 0 < x ≤ 0,3 und bevorzugt 0 < x ≤ 0,1 gilt. Als besonders vorteilhaft hat sich insbesondere eine Eu-Dotierung mit x = 0,04 erwiesen, jedoch sind je nach gewünschter Ausprägung des Effekts der intensitätsabhängigen Quanteneffizienz auch andere Dotierungsgehalte möglich.In a further embodiment, the nitride wavelength conversion substance (Sr _{0.5-x / 2} Ba _{0.5-x / 2} ) ₂ Si ₅ N ₈ : Eu _x , wherein for the Eu content 0 <x ≤ 0.3 and preferably 0 <x ≤ 0.1. In particular, an Eu doping with x = 0.04 has proven to be particularly advantageous, but depending on the desired form of the effect of the intensity-dependent quantum efficiency, other doping contents are also possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement zumindest einen weiteren Wellenlängenkonversionsstoff auf, der dem Licht emittierenden Halbleiterchip nachgeordnet ist und der eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz aufweist. Das kann insbesondere bedeuten, dass dem Halbleiterchip eine Mischung von Wellenlängenkonversionsstoffen mit jeweiliger intensitätsabhängiger Konversionseffizienz nachgeordnet ist. Durch eine Einstellung des Mischungsverhältnisses der einzelnen Wellenlängenkonversionsstoffe kann der Bereich, innerhalb dessen der Farbort des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelements abgestrahlten Lichts eingestellt werden kann, vorgewählt werden. Der weitere Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei zumindest einen oder mehrere der vorgenannten Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen oder daraus sein.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor component has at least one further wavelength conversion substance, which is arranged downstream of the light-emitting semiconductor chip and has an intensity-dependent conversion efficiency. This may in particular mean that the semiconductor chip is followed by a mixture of wavelength conversion substances with a respective intensity-dependent conversion efficiency. By adjusting the mixing ratio of the individual wavelength conversion substances, the region within which the color location of the light emitted by the light-emitting semiconductor component can be adjusted can be preselected. The further wavelength conversion substance may comprise or be at least one or more of the aforementioned wavelength conversion substances.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement zumindest einen weiteren Wellenlängenkonversionsstoff auf, der dem Licht emittierenden Halbleiterchip nachgeordnet ist und der keine oder im Wesentlichen keine intensitätsabhängige Konversionseffizienz aufweist. Beispielsweise kann der weitere Wellenlängenkonversionsstoff einen Wellenlängenkonversionsstoff auf Grantbasis, insbesondere einen Ce-aktivierten Wellenlängenkonversionsstoff auf Granatbasis, aufweisen oder daraus sein. Der weitere Wellenlängenkonversionsstoff kann somit (Y, Lu)(Al, Ga)G:Ce aufweisen oder daraus sein, beispielsweise LuAlGaG:Ce oder LuAlG:Ce. Dieser Farbstoff konvertiert bevorzugt blaues Primärlicht in grünes Sekundärlicht.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor component has at least one further wavelength conversion substance, which is arranged downstream of the light-emitting semiconductor chip and which has no or substantially no intensity-dependent conversion efficiency. For example, the further wavelength conversion substance can comprise or be a grant-based wavelength conversion substance, in particular a garnet-based Ce-activated wavelength conversion substance. The further wavelength conversion substance may thus have (Y, Lu) (Al, Ga) G: Ce or be thereof, for example LuAlGaG: Ce or LuAlG: Ce. This dye preferably converts blue primary light into green secondary light.

Beispielsweise kann der wenigstens eine Wellenlängenkonversionsstoff mit der intensitätsabhängigen Konversionseffizienz einen der oben genannten nitridischen Wellenlängenkonversionsstoffe, insbesondere (Sr, Ca, Ba)₂Si₅N₈:Eu oder CaAlSiN₃:Eu aufweisen, die beide rotes Sekundärlicht emittieren. Mit einem blaues Primärlicht emittierenden Halbleiterchip und dem genannten intensitätsunabhängigen grünen Wellenlängenkonversionsstoff sowie einem der beiden genannten roten Wellenlängenkonversionsstoffe kann durch Überlagerung weißes Licht erzeugt werden. Dadurch, dass nur der rote Wellenlängenkonversionsstoff eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz aufweist, kann die Farbtemperatur des weißen Lichts gezielt durch eine Farbortverschiebung entlang der Verbindungslinie zwischen Blau und Rot verändert werden.For example, the at least one wavelength conversion substance having the intensity-dependent conversion efficiency can have one of the abovementioned nitridic wavelength conversion substances, in particular (Sr, Ca, Ba) ₂ Si ₅ N ₈ : Eu or CaAlSiN ₃ : Eu, both of which emit red secondary light. White light can be generated by superimposing a semiconductor chip emitting blue primary light and said intensity-independent green wavelength conversion substance as well as one of the two aforementioned red wavelength conversion substances. The fact that only the red wavelength conversion substance has an intensity-dependent conversion efficiency, the color temperature of the white light can be selectively changed by a Farbortverschiebung along the connecting line between blue and red.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff auf dem Halbleiterchip in einer Wellenlängenkonversionsschicht angeordnet. Der Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei die Wellenlängenkonversionsschicht bilden oder zumindest ein Teil der Wellenlängenkonversionsschicht sein. Die Wellenlängenkonversionsschicht kann beispielsweise in Form eines Plättchens, beispielsweise eines keramischen Plättchens, vorgefertigt und auf dem Halbleiterchip aufgebracht sein. Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht ein Matrixmaterial aufweisen, beispielsweise ein Silikon, Epoxid, Acrylat oder eine Mischung daraus, in dem der Wellenlängenkonversionsstoff eingebettet ist. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen den Halbleiterchip zumindest teilweise einbettenden Verguss aufweist, wobei in der Vergussmasse der Wellenlängenkonversionsstoff enthalten ist. Die Vergussmasse kann beispielsweise eines oder mehrere der in Verbindung mit dem Matrixmaterial genannten Materialien aufweisen oder daraus sein.According to a further embodiment, the at least one wavelength conversion substance is arranged on the semiconductor chip in a wavelength conversion layer. The wavelength conversion substance can form the wavelength conversion layer or at least be part of the wavelength conversion layer. The wavelength conversion layer may be in the form of a Platelets, such as a ceramic plate, prefabricated and applied to the semiconductor chip. Furthermore, the wavelength conversion layer may comprise a matrix material, for example a silicone, epoxy, acrylate or a mixture thereof, in which the wavelength conversion substance is embedded. Furthermore, it may also be possible for the light-emitting semiconductor component to have a potting that at least partially embeds the semiconductor chip, the wavelength conversion substance being contained in the potting compound. The potting compound may for example comprise or be one or more of the materials mentioned in connection with the matrix material.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen Träger, beispielsweise eine Leiterplatte, einen Leiterrahmen, ein Gehäuse und/oder einen Keramikträger auf, auf dem der Halbleiterchip und der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff angeordnet sind.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor component has a carrier, for example a printed circuit board, a lead frame, a housing and / or a ceramic carrier, on which the semiconductor chip and the at least one wavelength conversion substance are arranged.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Licht emittierende Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge auf, die auf einem Halbleitermaterial basiert, das zumindest teilweise eine Elektrolumineszenz aufweist. Als Halbleitermaterialien können beispielsweise Verbindungen aus Elementen verwendet werden, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silizium, Kohlenstoff oder Kombinationen daraus sein können. Beispielsweise kann der Halbleiterchip auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren. Weiterhin kann der Halbleiterchip beispielsweise auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basieren. Mittels derartiger Halbleitermaterialien können insbesondere Halbleiterchips ermöglicht werden, die im Betrieb Licht in einem ultravioletten bis infraroten Wellenlängenbereich abstrahlen oder absorbieren können. Der Halbleiterchip kann weiterhin Elektrodenschichten zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge aufweisen. Ausgestaltungen Licht emittierender Halbleiterchips sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht weiter ausgeführt.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor chip has a semiconductor layer sequence which is based on a semiconductor material which at least partially has an electroluminescence. As semiconductor materials, for example, compounds of elements may be used, which may be indium, gallium, aluminum, nitrogen, phosphorus, arsenic, oxygen, silicon, carbon or combinations thereof. For example, the semiconductor chip may be based on a nitride compound semiconductor material. Furthermore, the semiconductor chip may for example be based on a phosphide compound semiconductor material or an arsenide compound semiconductor material. By means of such semiconductor materials, in particular semiconductor chips can be made possible, which in operation can emit or absorb light in an ultraviolet to infrared wavelength range. The semiconductor chip may further comprise electrode layers for contacting the semiconductor layer sequence. Embodiments of light-emitting semiconductor chips are known to the person skilled in the art and are therefore not further explained here.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement mit einem ein Primärlicht emittierenden Halbleiterchip und zumindest einem dem Halbleiterchip nachgeordneten Wellenlängenkonversionsstoff mit einer intensitätsabhängigen Konversionseffizienz auf. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebsstroms I und des Tastverhältnisses T auf. Die Vorrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, in der oben beschriebenen Weise bei einer vorgegebenen mittleren Intensität des Primärlichts oder einer vorgegebenen mittleren Helligkeit des abgestrahlten Mischlichts das Tastverhältnis T und den Betriebsstrom I während der Strompulse derart zu regeln, dass ein gewünschter Farbort des abgestrahlten Lichts erreicht wird.According to a further embodiment, an apparatus for carrying out the described method has at least one light-emitting semiconductor component with a semiconductor chip emitting a primary light and at least one wavelength conversion substance downstream of the semiconductor chip with an intensity-dependent conversion efficiency. Furthermore, the device has a control device for controlling the operating current I and the duty cycle T. The device is in particular configured to regulate the duty ratio T and the operating current I during the current pulses in the manner described above for a given average intensity of the primary light or a predetermined average brightness of the emitted mixed light such that a desired color locus of the emitted light is achieved ,

Die Merkmale und Ausführungsformen betreffend das Verfahren zum Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterbauelements gelten auch für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und umgekehrt.The features and embodiments relating to the method of operating the semiconductor light-emitting device also apply to the device for carrying out the method and vice versa.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelementen auf, die beispielsweise alle gleich ausgebildet sein können. Dadurch kann es möglich sein, mit nur einer Steuervorrichtung gleichzeitig alle der Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterbauelemente zu steuern und so auf eine aufwändige Versorgungselektronik, wie sie aus dem Stand der Technik für verschiedenfarbige LEDs notwendig ist, zu vermeiden.According to a further embodiment, the device has a plurality of light-emitting semiconductor components which, for example, can all be of the same design. As a result, it may be possible to control all of the plurality of light-emitting semiconductor components at the same time with only one control device, and thus to avoid costly supply electronics, as is necessary from the prior art for LEDs of different colors.

Gemäß einer weitern Ausführungsform weist das Licht emittierenden Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf, die jeweils gleich ausgebildet sind und denen jeweils der gleiche zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff nachgeordnet ist. Durch die Mehrzahl von Halbleiterchips kann die abgestrahlte Intensität erhöht werden, während die Steuerung der einzelnen Halbleiterchips mittels des hier beschriebenen Verfahrens mit derselben Steuervorrichtung erfolgen kann.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor component has a plurality of semiconductor chips, each of which has the same design and each of which has the same at least one wavelength conversion substance downstream. Through the plurality of semiconductor chips, the radiated intensity can be increased, while the control of the individual semiconductor chips can be carried out by means of the method described here with the same control device.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuervorrichtung ein durch einen Benutzer bedienbares Steuerelement zur Einstellung des Farborts des abgestrahlten Lichts bei einer vorgegebenen Intensität auf. Das kann insbesondere bedeuten, dass durch das Steuerelement von einem Benutzer gezielt der Betriebsstroms I gewählt werden kann, um einen gewünschten Farbort des von der Vorrichtung abgestrahlten Lichts einzustellen, während die Steuervorrichtung entsprechend das Tastverhältnis T der Strompulse anpasst, um die abgestrahlte Intensität gleich zu halten.According to a further embodiment, the control device has a user-operable control for adjusting the color location of the emitted light at a predetermined intensity. This may in particular mean that the operating current I can be selectively selected by the user to set a desired color locus of the light emitted by the device, while the control device correspondingly adjusts the duty cycle T of the current pulses in order to keep the radiated intensity the same ,

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuervorrichtung ein Licht detektierendes Element zur Messung zumindest eines Teils des abgestrahlten Mischlichts auf. Weiterhin kann die Steuervorrichtung ein Regelungselement aufweisen, das den Farbort des abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit von einem Messwert des Licht detektierenden Elements regelt. Beispielsweise kann das Licht detektierende Element eine Fotodiode sein, die zumindest einen Teil des Sekundärlichts, zumindest einen Teil des Sekundärlichts und des Primärlichts oder zumindest einen Teil des vom Halbleiterbauelement insgesamt abgestrahlten Mischlichts messen kann. Dadurch kann es möglich sein, beispielsweise eine aktive Kontrolle bzw. Regelung des Farborts auf einen gewünschten Farbort bei einer vorgegebenen Intensität zu erreichen.According to a further embodiment, the control device has a light-detecting element for measuring at least part of the radiated mixed light. Furthermore, the control device may have a regulating element which regulates the color location of the emitted light as a function of a measured value of the light-detecting element. By way of example, the light-detecting element may be a photodiode which can measure at least part of the secondary light, at least a part of the secondary light and the primary light or at least a part of the mixed light emitted by the semiconductor component altogether. This may make it possible, for example, to achieve an active control or regulation of the color locus to a desired color location at a given intensity.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Wellenlängenkonversionsstoff mit einer intensitätsabhängigen Konversionseffizienz in einem Verfahren oder in einer Vorrichtung gemäß der vorherigen Beschreibung verwendet.According to a further embodiment, a wavelength conversion substance with an intensity-dependent conversion efficiency is used in a method or in a device according to the previous description.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen.Further advantages and advantageous embodiments and developments emerge from the embodiments described below in conjunction with the figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Farbortsteuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel, 1 an apparatus for carrying out a method for color locus control according to an embodiment,

2 verschiedene Betriebsmodi eines Verfahrens zur Farbortsteuerung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und 2 Various operating modes of a method for color locus control according to another embodiment and

3 und 4 Wellenlängenspektren und den Farborte des von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlten Lichts bei Durchführung des Verfahrens zur Farbortsteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2. 3 and 4 Wavelength spectra and the color loci of the light emitted by a light-emitting semiconductor component when carrying out the method for color locus control according to the exemplary embodiment in FIG 2 ,

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleich oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.In the exemplary embodiments and figures, the same or the same components may each be provided with the same reference numerals. The illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale.

In 1 ist eine Vorrichtung 100 zur Durchführung eines Verfahrens zur Farbortsteuerung eines von einem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 abgestrahlten Mischlichts 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Verfahren wird in Verbindung mit den 2 bis 4 rein exemplarisch für einen bestimmten Wellenlängenkonversionsstoff beschrieben. Weder die Vorrichtung noch das hier beschriebene Verfahren sind auf diesen Wellenlängenkonversionsstoff beschränkt, vielmehr kann das Verfahren auch mit anderen, beispielsweise den im allgemeinen Teil beschriebenen Wellenlängenkonversionsstoffen durchgeführt werden, die eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz aufweisen.In 1 is a device 100 for performing a color locus control method of a semiconductor light-emitting device 1 radiated mixed light 10 shown according to an embodiment. The method is used in conjunction with the 2 to 4 described purely by way of example for a specific wavelength conversion substance. Neither the device nor the method described here are limited to this wavelength conversion substance, but the method can also be carried out with other, for example, the wavelength conversion materials described in the general part, which have an intensity-dependent conversion efficiency.

Die Vorrichtung 100 weist ein Halbleiterbauelement 1 auf, das rein beispielhaft im gezeigten Ausführungsbeispiel als so genannte gehäuste Licht emittierende Diode (LED) ausgeführt ist. Das Halbleiterbauelement 1 weist dazu einen Licht emittierenden Halbleiterchip 2 auf, der in einem Gehäuse auf einem Leiterrahmen montiert und elektrisch angeschlossen ist. Der Halbleiterchip 2 befindet sich dabei in einer Vertiefung des Gehäuses und ist von einem Wellenlängenkonversionsstoff 3 in einer Vergussmasse 4 umgeben, wobei die Vergussmasse 4 den Halbleiterchip 2 einbettet und umhüllt. Derartige Elemente sind dem Fachmann bekannt, sodass die einzelnen Merkmale betreffend das Gehäuse, den Halbleiterchip und den Verguss, hier nicht weiter ausgeführt werden. Alternativ zum gezeigten Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 kann der Halbleiterchip 2 auch auf einem Träger, beispielsweise einem Keramikträger, montiert sein und/oder alternativ zum hier gezeigten Verguss 4 beispielsweise ein Plättchen mit dem Wellenlängenkonversionsstoff 3 oder eine Beschichtung mit dem Wellenlängenkonversionsstoff 3 aufweisen.The device 100 has a semiconductor device 1 on, which is purely exemplary in the embodiment shown as a so-called light emitting diode housing (LED). The semiconductor device 1 has for this purpose a light-emitting semiconductor chip 2 mounted in a housing on a lead frame and electrically connected. The semiconductor chip 2 is located in a recess of the housing and is of a wavelength conversion material 3 in a potting compound 4 surrounded, with the potting compound 4 the semiconductor chip 2 embeds and envelops. Such elements are known to the person skilled in the art, so that the individual features concerning the housing, the semiconductor chip and the encapsulation, are not further explained here. Alternatively to the light-emitting semiconductor component shown 1 can the semiconductor chip 2 also be mounted on a support, such as a ceramic support, and / or alternatively to the potting shown here 4 for example, a wafer with the wavelength conversion substance 3 or a coating with the wavelength conversion substance 3 exhibit.

Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel als zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoff 3 einen nitridischen Wellenlängenkonversionsstoff, insbesondere (Sr, Ca, Ba)₂Si₅N₈:Eu, auf, der einen Teil des vom Halbleiterchip 2 im Betrieb emittierten blauen Primärlichts 11 in rotes Sekundärlicht 12 umwandelt. Der Wellenlängenkonversionsstoff 3 weist mit steigender Intensität des Primärlichts 11 eine sinkende Konversionseffizienz auf. Beispielsweise auch alterungsstabile CaAlSiN-Leuchtstoffe zeigen eine intensitätsabhängige Konversionseffizienz und eignen sich besonders bevorzugt zur Farbortkontrolle über eine Pulsbreitensteuerung gemäß dem hier beschriebenen Verfahren.The light-emitting semiconductor device 1 has in the illustrated embodiment as at least one wavelength conversion substance 3 a nitridic wavelength conversion substance, in particular (Sr, Ca, Ba) ₂ Si ₅ N ₈ : Eu, on which a part of the semiconductor chip 2 in operation emitted blue primary light 11 in red secondary light 12 transforms. The wavelength conversion substance 3 indicates with increasing intensity of the primary light 11 a decreasing conversion efficiency. For example, also age-stable CaAlSiN phosphors show an intensity-dependent conversion efficiency and are particularly preferred for color point control via a pulse width control according to the method described here.

Zusätzlich weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement im gezeigten Ausführungsbeispiel als weiteren Wellenlängenkonversionsstoff LuAlGaG:Ce auf, der keine intensitätsabhängige Konversionseffizienz aufweist. Der Wellenlängenkonversionsstoff 3 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Anteil von 2,12 Gew.-% im Verguss 4 auf, während der weitere Wellenlängenkonversionsstoff einen Anteil von 16,05 Gew.-% im Verguss 4 aufweist.In addition, in the exemplary embodiment shown, the light-emitting semiconductor component has as a further wavelength conversion substance LuAlGaG: Ce, which has no intensity-dependent conversion efficiency. The wavelength conversion substance 3 has in the embodiment shown a share of 2.12 wt .-% in the casting 4 while the further wavelength conversion substance accounts for 16.05% by weight in the casting 4 having.

Durch Überlagerung des Primärlichts 11 und des Sekundärlichts 12 strahlt das Licht emittierende Halbleiterbauelement das Mischlicht 10 ab, das aufgrund der gewählten Wellenlängenkonversionsstoffe und des blauen Primärlichts im gezeigten Ausführungsbeispiel weißlich gelbes Mischlicht ergibt.By superposition of the primary light 11 and the secondary light 12 the light-emitting semiconductor component radiates the mixed light 10 from, which results in the embodiment shown whitish yellow mixed light due to the selected wavelength conversion materials and the blue primary light.

Über eine Steuervorrichtung 5 kann ein dem Halbleiterchip 2 aufgeprägte Betriebsstrom in einem Pulsweitenmodulationsverfahren eingestellt werden. Insbesondere steuert die Steuervorrichtung 5 das Tastverhältnis T sowie den Betriebsstrom 1 des dem Halbleiterchip 2 aufgeprägten gepulsten Stroms.About a control device 5 can be a the semiconductor chip 2 impressed operating current can be adjusted in a pulse width modulation method. In particular, the control device controls 5 the duty cycle T and the operating current 1 of the semiconductor chip 2 impressed pulsed current.

Die Steuervorrichtung 5 kann beispielsweise weiterhin ein Steuerelement 6 aufweisen, wie in 1 angedeutet ist, über das gemäß der nachfolgenden Beschreibung der Farbort des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 abgestrahlten Lichts 10 von einem Benutzer gesteuert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 100 beispielsweise auch ein Licht detektierendes Element 7, beispielsweise eine Fotodiode, aufweisen, über die ein Teil des Sekundärlichts 12, des Primärlichts 11 und/oder des Mischlichts 10 gemessen werden kann. Über ein Regelungselement 8, das in der Steuervorrichtung 5 vorhanden sein kann, kann so beispielsweise aktiv der Farbort des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 abgestrahlten Lichts 10 erfolgen.The control device 5 For example, you can still use a control 6 have, as in 1 is hinted about that according to the description below of the color locus of the light emitting semiconductor device 1 emitted light 10 can be controlled by a user. Alternatively or additionally, the device 100 for example, a light detecting element 7 , For example, a photodiode, over which a part of the secondary light 12 , the primary light 11 and / or the mixed light 10 can be measured. About a control element 8th that in the control device 5 can be present, for example, the color locus of the light-emitting semiconductor component can be active 1 emitted light 10 respectively.

Zur Steuerung des Farborts des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 abgestrahlten Lichts 10 wird mittels der Steuervorrichtung 5 ein Verfahren durchgeführt, bei dem bei vorgewählter, konstant gehaltener mittlerer Leistung bzw. mittlerer Intensität des Primärlichts 11 oder des Mischlichts 10 der Farbort des Mischlichts 10 eingestellt werden kann. Dazu werden der Betriebstrom I und das Tastverhältnis T des dem Halbleiterchip 2 aufgeprägten Stroms geregelt. Wird beispielsweise der Betriebsstrom I erhöht, muss zur Beibehaltung der gegebenen mittleren Leistung, beispielsweise der mittleren Intensität des Primärlichts 11 oder der mittleren Helligkeit des abgestrahlten Lichts 10, das Tastverhältnis T gleichzeitig reduziert werden. Rein beispielhaft wird das Verfahren mithilfe der 2 bis 4 näher erläutert.For controlling the color locus of the light emitting semiconductor device 1 emitted light 10 is by means of the control device 5 a method is carried out in which at a preselected, held constant average power or average intensity of the primary light 11 or the mixed light 10 the color location of the mixed light 10 can be adjusted. For this purpose, the operating current I and the duty ratio T of the semiconductor chip 2 regulated current regulated. If, for example, the operating current I is increased, in order to maintain the given average power, for example the average intensity of the primary light 11 or the average brightness of the emitted light 10 , the duty cycle T are simultaneously reduced. By way of example only, the method will be described using the 2 to 4 explained in more detail.

In 2 sind hierzu rein beispielhaft vier Stromsignale S1, S2, S3 und S4 für vier verschiedene Betriebsmodi der Vorrichtung 100 bzw. des Verfahrens gezeigt. In 3 sind die Emissionsspektren des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement 1 abgestrahlten Lichts 10 für die Betriebsmodi in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm gezeigt, in 4 die entsprechenden Farborte des Lichts 10.In 2 For this purpose, four current signals S1, S2, S3 and S4 are purely exemplary for four different operating modes of the device 100 or the method shown. In 3 are the emission spectra of the light emitting semiconductor device 1 emitted light 10 for the operating modes in a wavelength range from 400 nm to 800 nm, in 4 the corresponding color locations of the light 10 ,

Das Stromsignal S1 stellt den Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 mit einem maximalen Tastverhältnis T = 1 dar, das einem Dauerstrich- bzw. Gleichstrombetrieb entspricht. Die Stromsignale S2, S3 und S4 weisen jeweils einen im Vergleich zum Stromsignal S1 höheren Betriebstrom I auf. Damit die mittlere Leistung bzw. Intensität der Stromsignale S2, S3 und S4 derjenigen des Stromsignals S1 entspricht, wird bei den Stromsignalen S2, S3 und S4 entsprechend das Tastverhältnis T verringert, so dass mit steigender Pulshöhe die Pulsbreite kleiner wird.The current signal S1 represents the operation of the semiconductor light-emitting device 1 with a maximum duty cycle T = 1, which corresponds to a continuous wave or DC operation. The current signals S2, S3 and S4 each have a higher operating current I compared to the current signal S1. So that the average power or intensity of the current signals S2, S3 and S4 corresponds to that of the current signal S1, the duty cycle T is correspondingly reduced in the current signals S2, S3 and S4, so that the pulse width decreases with increasing pulse height.

Zur Verdeutlichung des hier beschriebenen Verfahrens wurde für den vorab genannten Wellenlängenkonversionsstoff 3 die intensitätsabhängige Quanteneffizienz QE(I) bzw. die intensitätsabhängige Konversionseffizienz bei verschiedenen Betriebsströmen des Halbleiterchips 2 gemessen und im Falle der Stromsignale S3 und S4 extrapoliert. Zur Messung der Quanteneffizienz des angegebenen exemplarischen Wellenlängenkonversionsstoffs wurde als Licht emittierendes Halbleiterbauelement 1 eine LED des Typs Golden-Dragon der Firma Osram Opto Semiconductors GmbH mit dem oben beschriebenen Wellenlängenkonversionsstoff im Verguss verwendet. Zur Simulation der effektiven Quanteneffizienz bzw. intensitätsabhängigen Konversionseffizienz wurde die Quanteneffizienz des verwendeten Wellenlängenkonversionsstoffs bei niedrigen Intensitäten mit dem jeweiligen Wert aus den Messungen multipliziert. Aus den ermittelten Daten der intensitätsabhängigen Konversionseffizienz wurden für die gezeigte Vorrichtung 100 mittels eines Simulationsprogramms verschiedene Betriebsbedingungen simuliert.To illustrate the method described here was for the aforementioned wavelength conversion material 3 the intensity-dependent quantum efficiency QE (I) or the intensity-dependent conversion efficiency at different operating currents of the semiconductor chip 2 measured and extrapolated in the case of the current signals S3 and S4. To measure the quantum efficiency of the given exemplary wavelength conversion substance has been used as a light-emitting semiconductor device 1 a Golden-Dragon LED from Osram Opto Semiconductors GmbH with the wavelength conversion substance described above is used in potting. To simulate the effective quantum efficiency or intensity-dependent conversion efficiency, the quantum efficiency of the wavelength conversion substance used at low intensities was multiplied by the respective value from the measurements. From the determined data of the intensity-dependent conversion efficiency were for the device shown 100 simulated different operating conditions by means of a simulation program.

Im Falle des Stromsignals S1 mit dem Tastverhältnis T = 1 wurde der Halbleiterchip 2 des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 im Dauerstrichbetrieb mit einem Strom von 150 mA betrieben. Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 1 weist ein Spektrum L1 gemäß der 3 und einen Farbort gemäß der 4 bei den Farbortkoordinaten cx = 0,437 und cy = 0,404 auf. Die Farbtemperatur des abgestrahlten Lichts 10 weist 2997 K auf.In the case of the current signal S1 with the duty cycle T = 1, the semiconductor chip 2 the light-emitting semiconductor device 1 operated in continuous wave mode with a current of 150 mA. The light-emitting semiconductor device 1 has a spectrum L1 according to the 3 and a color location according to the 4 at the chromaticity coordinates cx = 0.437 and cy = 0.404. The color temperature of the emitted light 10 has 2997 K

Durch den Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1 in einem gepulsten Betrieb bei konstanter mittlerer Leistung entsprechend der Stromsignale S2, S3 und S4 ändert sich der Farbort des abgestrahlten Lichts 10.By the operation of the light-emitting semiconductor device 1 in a pulsed operation at a constant average power according to the current signals S2, S3 and S4, the color locus of the radiated light changes 10 ,

Im Falle des Stromsignals S2 mit einem Betriebsstrom von 750 mA und einer entsprechenden Pulsbreite von nur noch 20%, also T = 0,2, beträgt beim genannten Wellenlängenkonversionsstoff 3 die Änderung der aus der Konversionsrate abgeleitete Quanteneffizienz etwa 83% des Ausgangswerts, d. h. der Quanteneffizienz beim Stromsignal S1. Das abgestrahlte Mischlicht 10 weist ein Spektrum L2 gemäß der 3 und einen Farbort cx = 0,428 und cy = 0,405 gemäß der 4 auf. Die Farbtemperatur hat sich dabei auf 3155 K geändert.In the case of the current signal S2 with an operating current of 750 mA and a corresponding pulse width of only 20%, ie T = 0.2, is at the said wavelength conversion substance 3 the change in the quantum efficiency derived from the conversion rate is about 83% of the initial value, ie the quantum efficiency in the current signal S1. The radiated mixed light 10 has a spectrum L2 according to the 3 and a color locus cx = 0.428 and cy = 0.405 according to 4 on. The color temperature has changed to 3155 K.

Durch weitere Erhöhung des Stroms auf 2000 mA beträgt die Pulsbreite bei gleicher mittlerer Leistung noch 7,5%, also T = 0,075, die Quanteneffizienz liegt, ermittelt durch Extrapolation, bei 78,9% des Ausgangswerts. Das abgestrahlte Licht 10 weist das in 3 gezeigte Spektrum L3 auf sowie einen Farbort cx = 0,425 und cy = 0,405 bei einer Farbtemperatur von 3214 K auf.By further increasing the current to 2000 mA, the pulse width at the same average power is still 7.5%, ie T = 0.075, the quantum efficiency, determined by extrapolation, is 78.9% of the initial value. The radiated light 10 has the in 3 displayed spectrum L3 and a color locus cx = 0.425 and cy = 0.405 at a color temperature of 3214 K.

Als niedrigster Wert für die Quanteneffizienz wurden 65% gemessen. Hierzu wurde für das Stromsignal S4 ein Betriebsstrom von 4000 mA und eine Pulsbreite von etwa 3%, also T = 0,03, extrapoliert. Die Simulation hat ergeben, dass hierdurch das Spektrum L4 gemäß 3 für das abgestrahlte Licht 10 mit einem Farbort F4 mit den Farbortkoordinaten cx = 0,413 und cy = 0,406 und einer Farbtemperatur (CCT) von 3455 K erreicht wird.The lowest value for quantum efficiency was 65%. For this purpose, an operating current of 4000 mA and a pulse width of about 3%, ie T = 0.03, was extrapolated for the current signal S4. The simulation has shown that this causes the Spectrum L4 according to 3 for the radiated light 10 is achieved with a color locus F4 with the color coordinates cox = 0.413 and cy = 0.406 and a color temperature (CCT) of 3455 K.

Weiterhin wurde festgestellt, dass bei einer erhöhten Temperatur des Wellenlängenkonversionsstoffs 3 eine größere Änderung der Quanteneffizienz erreicht werden kann. Durch Erhöhung der Temperatur des Wellenlängenkonversionsstoffes 3, beispielsweise während eines längeren Betriebs des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 1, ist also mit einem größeren einstellbaren Bereich des Farborts im Vergleich zu den beschriebenen Simulationen zu rechnen.Furthermore, it was found that at an elevated temperature of the wavelength conversion substance 3 a larger change in quantum efficiency can be achieved. By increasing the temperature of the wavelength conversion substance 3 For example, during a prolonged operation of the semiconductor light-emitting device 1 , is therefore to be expected with a larger adjustable range of the color locus compared to the simulations described.

Alternativ zu den beschriebenen roten Wellenlängenkonversionsstoffen kann der Wellenlängenkonversionsstoff 3 auch besonders bevorzugt ein Eu-aktiviertes Nitrido-Orthosilikat oder Orthosilikat gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil oder einen anderen der dort beschriebenen Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Insbesondere ein Eu-aktiviertes Nitrido-Orthosilikat kann sich besonders durch seine Stabilität und die Größe der intensitätsabhängigen Konversionseffizienzänderung auszeichnen. Da es sich hier um einen sehr kurzwellig emittierenden Wellenlängenkonversionsstoff handelt, lässt sich der Farbort über einen weiten Bereich einstellen. Weiterhin kann anstelle des in den Ausführungsbeispielen beschriebenen weiteren Wellenlängenkonversionsstoffs LuAlGaG:Ce auch ein anderer Ce-aktiverter Wellenlängenkonversionsstoff auf Granatbasis wie im allgemeinen Teil beschrieben als Wellenlängenkonversionsstoff ohne intensitätsabhängige Quanteneffizienz verwendet werden.As an alternative to the described red wavelength conversion substances, the wavelength conversion substance 3 also particularly preferably an Eu-activated nitrido-orthosilicate or orthosilicate according to the description in the general part or have another of the wavelength conversion materials described therein. In particular, an Eu-activated nitrido-orthosilicate can be particularly distinguished by its stability and the size of the intensity-dependent conversion efficiency change. Since this is a very short wavelength emitting wavelength conversion substance, the color locus can be adjusted over a wide range. Furthermore, instead of the further wavelength conversion substance LuAlGaG: Ce described in the exemplary embodiments, another cerium-based Ce-activated wavelength conversion substance as described in the general part can also be used as the wavelength conversion substance without intensity-dependent quantum efficiency.

Zusätzlich kann die Farbortsteuerung über die Zusammensetzung einer Mischung von mehreren Wellenlängenkonversionsstoffen eingestellt werden.In addition, color locus control can be adjusted via the composition of a mixture of multiple wavelength conversion materials.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren und der hier beschriebenen Vorrichtung ist es somit möglich, unabhängig von der Intensität des Primärlicht des Halbleiterchips oder der Intensität des abgestrahlten Mischlichts den Farbort des Mischlichts mittels Pulsbreitenmodulation einzustellen.With the method described here and the device described here, it is thus possible to set the color location of the mixed light by means of pulse width modulation, regardless of the intensity of the primary light of the semiconductor chip or the intensity of the emitted mixed light.

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.The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7489073 B2 [0020]

Claims

Method for color locus control of a light-emitting semiconductor component ( 1 ) radiated light ( 10 ), wherein - the light-emitting semiconductor component ( 1 ) one a primary light ( 11 ) emitting semiconductor chip ( 2 ) and at least one semiconductor chip ( 2 ) downstream wavelength conversion substance ( 3 ), - the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) a part of the primary light ( 11 ) in different secondary light ( 12 ), so that the light-emitting semiconductor device ( 1 ) Light ( 10 ) comprising an unconverted part of the primary light ( 11 ) and the secondary light ( 12 ), - the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) has an intensity-dependent conversion efficiency, - the light-emitting semiconductor component ( 1 ) is operated by means of pulse width modulation with an operating current I and a duty cycle T and - the operating current I and the duty cycle T are set as a function of a desired color locus of the light-emitting semiconductor component ( 1 ) radiated light ( 10 ) and a predetermined mean intensity of the primary light ( 11 ) or depending on a desired color locus of the light-emitting semiconductor component ( 1 ) radiated light ( 10 ) and a predetermined average brightness of the light-emitting semiconductor component ( 1 ) radiated light ( 10 ).

The method of claim 1, wherein the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) is selected from: nitridic wavelength conversion material, nitrido-orthosilicate, chlorosilicate, orthosilicate, oxynitride, sialon.

Method according to Claim 1 or 2, in which the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) has an Eu-doped ellenlängenkonversionsstoff.

Method according to one of the preceding claims, in which the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) is a nitridic wavelength conversion substance.

The method of claim 4, wherein the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) is selected from a (Sr, Ca, Ba) ₂ Si ₅ N ₈ -based, a (Sr, Ca, Ba) SiN ₃ -based and a CaAlSiN-based wavelength conversion material.

Method according to one of the preceding claims, in which the at least one wavelength conversion substance ( 3 ) is selected from an Eu-doped orthosilicate and an Eu-doped nitrido-orthosilicate.

The method of claim 6, wherein the at least one wavelength conversion substance ( 3 is selected from an orthosilicate having the empirical formula AE _2-xa RE _x Eu _a SiO ₄ -x N _x , with AE selected from one or more of Sr, Ba, Ca, Mg, with RE selected from one or more of La, Y, Sc, Pr, Dy, Tm, Tb, Ho and with a> 0 and x> 0.

Method according to one of the preceding claims, in which the light-emitting semiconductor chip ( 2 ) blue primary light ( 11 ) and the secondary light ( 12 ) lies in a red to green spectral range.

Method according to one of the preceding claims, in which the light-emitting semiconductor component ( 1 ) has at least one further wavelength conversion substance which has an intensity-dependent conversion efficiency.

Method according to one of the preceding claims, in which the light-emitting semiconductor component ( 1 ) has at least one further wavelength conversion substance which has no intensity-dependent conversion efficiency.

The method of claim 10, wherein the further wavelength conversion substance is a Ce-activated wavelength conversion substance on a garnet basis, in particular LuAlGaG: Ce.

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 11, comprising at least one light-emitting semiconductor component ( 1 ) with a primary light ( 11 ) emitting semiconductor chip ( 2 ) and at least one semiconductor chip ( 2 ) downstream wavelength conversion substance ( 3 ) with an intensity-dependent conversion efficiency, and a control device ( 5 ) for operating the light-emitting semiconductor chip ( 2 ) by controlling the operating current and the duty cycle.

Apparatus according to claim 11, wherein the control device ( 5 ) a user-operable control ( 6 ) for adjusting the color locus of the emitted light ( 10 ) at a given intensity.

Apparatus according to claim 12 or 13, wherein the control device ( 5 ) a light detecting element ( 7 ) for detecting at least part of the emitted light ( 10 . 11 . 12 ) and wherein the control device ( 5 ) a control element ( 8th ), which determines the color locus of the emitted light ( 10 ) in dependence on a measured value of the light-detecting element ( 7 ) regulates.

Use of a wavelength conversion substance ( 3 with an intensity-dependent conversion efficiency in a method according to one of claims 1 to 11 or in a device according to one of claims 12 to 14.