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WO2009039801A1 - Radiation-emitting component with conversion element - Google Patents

Radiation-emitting component with conversion element Download PDF

Info

Publication number
WO2009039801A1
WO2009039801A1 PCT/DE2008/001255 DE2008001255W WO2009039801A1 WO 2009039801 A1 WO2009039801 A1 WO 2009039801A1 DE 2008001255 W DE2008001255 W DE 2008001255W WO 2009039801 A1 WO2009039801 A1 WO 2009039801A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
conversion layer
conversion
conversion element
emitting component
Prior art date
Application number
PCT/DE2008/001255
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Knittl
Georg Bogner
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Publication of WO2009039801A1 publication Critical patent/WO2009039801A1/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85909—Post-treatment of the connector or wire bonding area
    • H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating

Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting component with a conversion layer arrangement according to claim 1.
  • Light-emitting components with a conversion element are known, for example, from WO 97/50132. These arrangements comprise a semiconductor body which emits light in operation (primary light), and a conversion layer with a conversion element which converts part of this light into another wavelength range (secondary light). The color impression of the light emitted by such a semiconductor component results from additive color mixing of primary light and secondary light.
  • the conversion element can be arranged downstream of the semiconductor in various ways.
  • the conversion layer consists of a potting compound surrounding the semiconductor body, in which the conversion element is embedded.
  • color locus refers to the numerical values which describe the color of the emitted light of the component in the CIE color space.
  • the semiconductor body as a source of primary light and the casting compound with conversion element as a source of secondary light are generally of different shape and size, so that a spatially inhomogeneous color impression can occur and chromatic errors may occur in images.
  • there are manufacturing tolerances in the metering of the potting compound which can lead to fluctuations in the amount of the potting compound, which is arranged downstream of the semiconductor body in a radiation direction, and thus also to fluctuations in the color locus of the component. If a uniform color impression is required in different directions of observation, then the optical path length in the potting compound should be approximately the same for all desired observation directions.
  • the resulting color locus still has a dependence on the viewing angle if the semiconductor layer sequence of the LED chip is essentially provided with a thin, as homogeneous as possible and completely applied on the main surface of the semiconductor layer sequence conversion layer.
  • WO 01/65613 A1 it is disclosed to apply a thin conversion layer with at least one conversion element directly on a semiconductor layer sequence of a diode chip.
  • This has the advantage over the use of conversion element-containing potting compounds that the conversion element is more homogeneous and in a better definable amount can be applied to the semiconductor layer sequence of the diode chip.
  • a light emitted by diode chips of this type has a greater homogeneity with regard to its color local spectrum than components in which a diode chip is encapsulated with a casting compound containing conversion elements.
  • Such conversion of the light through a thin conversion layer directly above the semiconductor body results in that only certain color loci, e.g. can be set for an entire chip wafers, which themselves have fluctuations and tolerances in the color location.
  • color differences over the emission angle may also occur due to different path lengths of the radiation.
  • a radiation-emitting component contains an LED chip which emits primary radiation having a wavelength ⁇ 0 , wherein the LED chip is followed by a first conversion layer in the emission direction, which contains at least one conversion element which, upon excitation with the wavelength ⁇ 0, has secondary radiation emitted at different wavelengths.
  • the first conversion layer is applied at least on one main surface of the LED chip, wherein the first conversion layer is followed by a second conversion layer having at least one conversion element which emits secondary radiation of a different wavelength when excited at the wavelength ⁇ 0 , such that the semiconductor component mixed radiation emits, the primary radiation, secondary radiation of the conversion element of the first conversion layer and secondary radiation of the conversion element of the second conversion layer contains.
  • the component has the advantage that color differences over the emission angle of the LED chip, which result from different path lengths of the primary and secondary radiation, are reduced. This is due to the fact that at the conversion element of the second conversion layer, a part of the primary radiation and the secondary radiation of the first conversion layer are scattered, wherein the scattered radiation of the primary and secondary radiation propagates undirected in all spatial directions. As a result, fluctuations in the color locus above the Abstrahlwinke1 can be reduced. In this way, a reduction of Farbinhomogenticianen is achieved over the Abstrahlwinke1.
  • a close and adapted color selection can take place and thus a desired color location of the emitted radiation of the component can be set.
  • a base Farbort can be adjusted, which essentially the color impression of the emitted Radiation of the device determined.
  • the subsequent second conversion layer can be used to achieve a finer adjustment and thus a further adaptation of the color locus of the emitted radiation of the component.
  • the first conversion layer is thinner than the second conversion layer.
  • the concentration of the conversion element in the second conversion layer is less than the concentration of the conversion element in the first conversion layer.
  • the original color location of the mixed radiation passing through the first conversion layer consisting of primary radiation and secondary radiation of the conversion element of the first conversion layer is only slightly changed.
  • the color impression of the radiation emitted by the component is generated by the first conversion layer thus slightly influenced by the second conversion layer with low concentration of the conversion element contained therein.
  • the overall result is a reduction of color inhomogeneities over the emission angle.
  • the LED chip is arranged in a recess of a base housing, wherein the recess is at least partially filled by the second conversion layer and encloses at least a portion of the LED chip.
  • the device has a reflector for the emitted from the LED chip in operation primary radiation and the generated secondary radiation, in which the LED chip and the subsequent conversion layers are at least partially arranged.
  • the reflector is formed by a reflection-increasing coating of the inner walls of the recess.
  • the conversion element of the second conversion layer may be a part of the primary radiation in radiation of several
  • the one or more wavelength ranges of the secondary radiation of the first and / or second conversion layer have substantially longer wavelengths than the wavelength range of the primary radiation.
  • the secondary radiation of the second conversion element has the same wavelength as the secondary radiation of the first conversion element. This increases the proportion of secondary radiation in the wavelength range of the conversion element of the first conversion layer. The color location of the radiation emitted by the component is thereby shifted in the direction of the secondary radiation.
  • the color location of the mixed radiation emitted by the LED chip consisting of primary radiation and secondary radiation can otherwise be too strong the color location the primary radiation would be adjusted by the second conversion layer with advantage so that the color location of the radiation emitted by the component is shifted in the direction of the color locus of the secondary radiation.
  • the conversion element or the conversion elements and LED chip are matched to one another such that the colors of the primary radiation and at least a part of the secondary radiation are complementary to one another. Additive color mixing gives the impression of white light.
  • the second conversion layer contains a further conversion element or further conversion elements, preferably red phosphors.
  • the color locus of the radiation emitted by the component is preferably in the color locus of a warm white distribution, which is preferably in the CIE color space in the color temperature range of 6000K - 2000K.
  • a color locus which due to the conversion in the first conversion layer in the range of a white distribution, in the CIE color space in the Color temperature range of about 6000K, in the direction of different warm white distributions, which are preferably in the CIE color space in the color temperature range of 6000K - 2000K, are moved. Furthermore, it is possible by other conversion elements to produce blue, green, yellow or violet tones.
  • the wavelength of the radiation emitted by the LED chip is preferably in the ultraviolet or blue spectral range. Particularly suitable for this purpose are LED chips based on nitride compound semiconductors.
  • nitride compound semiconductors in the present context means that the active epitaxial layer sequence or at least one layer thereof comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m inn nm N, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but it may have one or more dopants and additional constituents which have the characteristic physical properties of the Al n Ga m Ini - n - ⁇ , N-material does not substantially change the sake of simplicity, however, the above formula includes only the major components of the crystal lattice (Al, Ga, in, N), even though these can be replaced in part by small amounts of other substances..
  • the layer sequence of the LED chip may be based on phosphide compound semiconductors.
  • “based on phosphide compound semiconductors” means that the semiconductor body, in particular the active region, preferably comprises Al n Ga m Ini -m P, where O ⁇ n ⁇ l, O ⁇ m ⁇ l and n + m ⁇ 1 , preferably with n ⁇ 0 - S -
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may include one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material.
  • the above formula includes only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, P), even though these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the secondary radiation of the conversion element of the first and / or second conversion layer is in the yellow or red spectral range.
  • the LED chip is with particular advantage a thin-film LED chip.
  • an LED chip is considered a thin-film light-emitting diode chip, during the manufacture of which the growth substrate on which a layer sequence for the LED chip has been grown, for example epitaxially, is thinned or, in particular, completely detached.
  • the second conversion layer is formed by a potting compound, in which the second conversion element is embedded.
  • the component has a beam-shaping element in the emission direction.
  • the emission characteristic of the component can thereby be advantageously influenced.
  • this element may be a lens.
  • a small lens can be used as the beam-forming element without significant dispersion effects. This is due to the fact that preferably the concentration of the conversion element in the second conversion layer is lower than in the first conversion layer. Due to the low concentration of the conversion element in the second conversion layer, a small number of scattering effects of the primary and secondary radiation take place at the conversion elements in the second conversion layer.
  • the emission surface of the radiation emitted by the LED chip is advantageously essentially predetermined by the LED chip and by the thin first conversion layer applied to the surface of the LED chip.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a second embodiment of a device according to the invention.
  • the same or equivalent components are each provided with the same reference numerals.
  • the components shown and the size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.
  • an LED chip 1 has a rear contact 2, a front contact 3 and a layer sequence 7 composed of a number of different layers, which contains an active zone which during operation of the component comprises at least one radiation (FIG. eg ultraviolet, blue or green).
  • FOG. eg ultraviolet, blue or green
  • the layer sequence 7 is based, for example, on nitride compound semiconductors, ie it preferably contains Al x In v Ga; L_ x _yN, where O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • the layer sequence 7 can occur Phosphide compound semiconductors are based, ie it preferably contains Al n Ga m In min -mP / where O ⁇ n ⁇ l, O ⁇ m ⁇ l and n + m ⁇ 1, preferably with n ⁇ 0 and / or m ⁇ 0 In this case, this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to one of the above formulas.
  • the above formulas contain only the essential constituents of the crystal lattice (Al, In, Ga, N, P), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the active zone of the layer sequence 7 emits when exposed to a current, for example electromagnetic radiation from the blue or ultraviolet wavelength range. It may, for example, have a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). Such structures are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in detail at this point.
  • the LED chip 1 is connected by means of an electrically conductive connection means, e.g. a metallic solder or an adhesive, fixed with its rear side contact 2 on a first electrical connection 4.
  • the front-side contact 3 is connected to a second connection 5 by means of a bonding wire 6.
  • the first and second terminals 4, 5 are embedded in a base housing 8 with a recess.
  • the base housing 8 may be prefabricated.
  • prefabricated is meant that the base housing 8 is already finished on the terminals 4, 5, for example by means of injection molding, before the LED chip 1 is mounted on the first terminal 4.
  • the base housing 8 consists for example of an opaque plastic and the recess is formed in terms of their shape as a reflector for the emitted from the LED chip 1 during operation radiation.
  • the reflector is formed by a reflective coating of the inner walls of the recess.
  • a first conversion layer 9 is applied directly to the radiation-emitting surface of the LED chip 1.
  • This conversion layer 9 preferably contains silicone or a silicone-containing compound which contains a conversion element 10, preferably inorganic Conversion element, for white luminous components preferably Y 3 Al 5 Oi 2 : Ce 3+ (YAG: Ce), are offset.
  • the conversion layer 9 may comprise a ceramic compound or a transparent plastic, for example epoxy resin or polymethyl methacrylate, which with a conversion element 10, preferably inorganic conversion element, for white luminous components preferably Y 3 Al 5 O 2 : Ce 3+ (YAG: Ce), are offset.
  • This first conversion layer 9 is surrounded by a further conversion layer 13 with conversion element 11 contained therein, preferably from an epoxy resin provided with the conversion element 11, particularly preferably with the conversion material used in the first conversion layer 9, which at least partially fills the recess.
  • the concentration of the conversion element 11 of the second conversion layer 13 is lower than the concentration of the conversion element 10 of the first conversion layer 9.
  • the second conversion layer 13 may have one or more different conversion elements 11.
  • a conversion element for example, inorganic conversion elements are suitable, such as with rare earths, in particular with Ce or Tb, doped garnets or organic conversion elements, such as perylene conversion elements. Further suitable conversion elements are listed, for example, in WO 98/12757 and in WO 01/65613 A1, the content of which is hereby incorporated by reference.
  • the illustrated in Figure 2 embodiment of an inventive device differs from the device in Figure 1, characterized in that the first Conversion layer 9 is applied over the entire surface of the radiation-emitting main surface of the LED chip 1, wherein the substrate of the LED chip 1 consists of a transparent material emitted by the LED chip during operation primary radiation.
  • the recess in which the LED chip 1 is arranged has, by means of a reflective coating of the inner walls, a reflector 12 for the primary radiation emitted by the LED chip during operation.
  • the second conversion layer 13 terminates with the base housing 8. This means that the second conversion layer 13 and the base housing 8 preferably have the same height. If the second conversion layer 13 does not terminate with the base housing 8, the distance, which results between the second conversion layer 13 and a beam-forming element, can be compensated by an adhesive, so that the conversion layer 13 with the adhesive disposed thereon and the base housing 8 have the same height.
  • this element may be a lens.
  • a comparatively small lens may be used as the beam-shaping element without significant dispersion effects.
  • concentration of the conversion element 11 in the second Conversion layer 13 is less than the concentration of the conversion element 10 in the first conversion layer 9. Due to the low concentration of the conversion element 11 in the second conversion layer 13, a small number of scattering effects of the primary and secondary radiation takes place at the conversion elements 11 in the second conversion layer 13 , Thus, the emission surface of the radiation emitted by the LED chip 1 is advantageously essentially predetermined by the LED chip 1 and by the thin first conversion layer 9 applied to the surface of the LED chip 1.
  • the exemplary embodiments of FIGS. 1 and 2 have the advantage that due to the thin first conversion layer 9 applied to the surface of the LED chip, the path length through the first conversion layer 9 is approximately the same for the entire radiation emitted by the LED chip 1.
  • the subsequent second conversion layer 13 contains a low concentration of conversion elements 11, resulting in the conversion element 11 of the second conversion layer 13 scattering effects of the primary and secondary radiation, resulting in an undirected scattered radiation of the primary and secondary radiation in all spatial directions. As a result, fluctuations of the color location over the emission angle can be reduced. A reduction of color inhomogeneities over the emission angle results with advantage.
  • At least a portion of the secondary radiation of the second conversion element 11 has the same wavelength as the secondary radiation of the first conversion element 10. This increases the proportion of secondary radiation in the wavelength range of the conversion element 10 of the first conversion layer 9. The color location of the device emitted radiation is thereby shifted in the direction of the secondary radiation.
  • the color location of the mixed radiation emitted by the LED chip 1 consisting of primary radiation and secondary radiation, which would otherwise show too strongly the color location of the primary radiation, can be adjusted by the second conversion layer 13 with conversion element 11 contained in it Color location of the radiation emitted by the device is shifted in the direction of the color locus of the secondary radiation.
  • Conversion layer arrangement results from the fact that the second conversion layer 13 may contain a further conversion element 11, preferably a red phosphor, so that from a white distribution 'in the CIE color space in the color temperature range of about 6000K, the mixed radiation of a warm white distribution, preferably in the CIE Color space is in the color temperature range of 6000K - 2000K, can be generated.
  • a further conversion element 11 preferably a red phosphor

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Abstract

The invention relates to a component with an LED chip (1), which is suitable for emitting an electromagnetic primary radiation, with a first conversion layer (9), which is applied on at least one main face of the LED chip (1) and which has at least one conversion element (10) which is suitable for converting a portion of the primary radiation into a secondary radiation, and with a second conversion layer (13), which is arranged after this first conversion layer (9) and which has at least one conversion element (11) which converts at least one portion of a primary radiation emitted by the LED chip (1) into a secondary radiation, wherein at least one portion of the secondary radiation from the conversion element (10) of the first conversion layer (9), a portion of the secondary radiation from the conversion element (11) of the second conversion layer (13) and a portion of the unconverted primary radiation are superimposed to form a mixed radiation, with colour inhomogeneities being reduced over the angle of radiation.

Description

Beschreibung description
Strahlungsemittierendes Bauelement mit KonversionselementRadiation-emitting component with conversion element
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldung 10 2007 046 612.0 und der deutschen Patentanmeldung 10 2007 057 710.0, deren Offenbarungsgehalte hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden.This patent application claims the priorities of German patent application 10 2007 046 612.0 and German patent application 10 2007 057 710.0, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Die Erfindung betrifft ein Strahlungsemittierendes Bauelement mit einer Konversionsschichtanordnung gemäß Anspruch 1.The invention relates to a radiation-emitting component with a conversion layer arrangement according to claim 1.
Lichtabstrahlende Bauteile mit einem Konversionselement sind beispielsweise aus der WO 97/50132 bekannt. Diese Anordnungen enthalten einen Halbleiterkörper, der im Betrieb Licht aussendet (Primärlicht) , und eine Konversionsschicht mit einem Konversionselement, das einen Teil dieses Lichts in einen anderen Wellenlängenbereich konvertiert (Sekundärlicht) . Der Farbeindruck des von einem solchen Halbleiterbauelement emittierten Lichts ergibt sich durch additive Farbmischung aus Primärlicht und Sekundärlicht .Light-emitting components with a conversion element are known, for example, from WO 97/50132. These arrangements comprise a semiconductor body which emits light in operation (primary light), and a conversion layer with a conversion element which converts part of this light into another wavelength range (secondary light). The color impression of the light emitted by such a semiconductor component results from additive color mixing of primary light and secondary light.
Das Konversionselement kann in verschiedener Weise dem Halbleiter nachgeordnet sein. Beispielsweise besteht die Konversionsschicht aus einer den Halbleiterkörper umgebenden Vergussmasse, in die das Konversionselement eingebettet ist.The conversion element can be arranged downstream of the semiconductor in various ways. For example, the conversion layer consists of a potting compound surrounding the semiconductor body, in which the conversion element is embedded.
Bei einer Verwendung derartiger Vergussmassen kann es zu FarbortSchwankungen aufgrund einer inhomogenen Verteilung des Konversionselements in der Vergussmasse kommen, die z.B. auf einer Sedimentationsbildung von Konversionselementpartikeln beruhen kann. Unter dem "Farbort" werden im Folgenden die Zahlenwerte verstanden, die die Farbe des emittierten Lichts des Bauelements im CIE-Farbraum beschreiben.When such casting compounds are used, variations in color location may occur due to an inhomogeneous distribution of the conversion element in the casting compound, which may be due, for example, to sedimentation of conversion element particles. In the following, the term "color locus" refers to the numerical values which describe the color of the emitted light of the component in the CIE color space.
Weiterhin sind die Halbleiterkörper als Quelle von Primärlicht und die Vergussmasse mit Konversionselement als Quelle von Sekundärlicht im Allgemeinen von verschiedener Form und Größe, so dass ein räumlich inhomogener Farbeindruck entstehen kann und bei Abbildungen chromatische Fehler auftreten können. Zudem gibt es Fertigungstoleranzen bei der Dosierung der Vergussmasse, die zu Schwankungen der Menge der Vergussmasse, die dem Halbleiterkörper in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, und somit auch zu Schwankungen des Farbortes des Bauelements führen können. Ist ein gleichmäßiger Farbeindruck in verschiedenen Beobachtungsrichtungen erforderlich, so sollte die optische Weglänge in der Vergussmasse für alle gewünschten Beobachtungsrichtungen annähernd gleich sein.Furthermore, the semiconductor body as a source of primary light and the casting compound with conversion element as a source of secondary light are generally of different shape and size, so that a spatially inhomogeneous color impression can occur and chromatic errors may occur in images. In addition, there are manufacturing tolerances in the metering of the potting compound, which can lead to fluctuations in the amount of the potting compound, which is arranged downstream of the semiconductor body in a radiation direction, and thus also to fluctuations in the color locus of the component. If a uniform color impression is required in different directions of observation, then the optical path length in the potting compound should be approximately the same for all desired observation directions.
Bei Bauelementen mit herkömmlichen LED-Chips wurde festgestellt, dass der resultierende Farbort selbst dann noch eine Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel aufweist, wenn die Halbleiterschichtenfolge des LED-Chips im Wesentlichen mit einer dünnen, möglichst homogenen und ganzflächig auf der Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebrachten Konversionsschicht versehen ist.In the case of components with conventional LED chips, it has been found that the resulting color locus still has a dependence on the viewing angle if the semiconductor layer sequence of the LED chip is essentially provided with a thin, as homogeneous as possible and completely applied on the main surface of the semiconductor layer sequence conversion layer.
In der WO01/65613 Al ist offenbart, eine dünne Konversionsschicht mit mindestens einem Konversionselement direkt auf einer Halbleiterschichtenfolge eines Diodenchips aufzubringen. Dies hat gegenüber der Verwendung von konversionselementhaltigen Vergussmassen den Vorteil, dass das Konversionselement homogener und in einer besser definierbaren Menge auf die Halbleiterschichtenfolge des Diodenchips aufgebracht werden kann. Ein von derart hergestellten Diodenchips emittiertes Licht weist hinsichtlich seines Farbortspektrums in der Regel eine größere Homogenität auf als Bauelemente, bei denen ein Diodenchip mit einer konversionselementhaltigen Vergussmasse eingekapselt ist.In WO 01/65613 A1 it is disclosed to apply a thin conversion layer with at least one conversion element directly on a semiconductor layer sequence of a diode chip. This has the advantage over the use of conversion element-containing potting compounds that the conversion element is more homogeneous and in a better definable amount can be applied to the semiconductor layer sequence of the diode chip. As a rule, a light emitted by diode chips of this type has a greater homogeneity with regard to its color local spectrum than components in which a diode chip is encapsulated with a casting compound containing conversion elements.
Eine derartige Konversion des Licht durch eine dünne Konversionsschicht direkt über dem Halbleiterkörper hat zur Folge, dass bei der Schichtherstellung nur bestimmte Farborte, z.B. für einen gesamten Chip Wafer eingestellt werden können, die selbst Schwankungen und Toleranzen im Farbort aufweisen. Zudem können auch aufgrund unterschiedlicher Weglängen der Strahlung Farbunterschiede über dem Abstrahlwinkel auftreten.Such conversion of the light through a thin conversion layer directly above the semiconductor body results in that only certain color loci, e.g. can be set for an entire chip wafers, which themselves have fluctuations and tolerances in the color location. In addition, color differences over the emission angle may also occur due to different path lengths of the radiation.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strahlungsemittierendes Bauelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem es möglich ist, ein Farbortspektrum mit weitergehend verbesserter Homogenität zu realisieren.It is an object of the present invention to provide a radiation-emitting component of the type mentioned, with which it is possible to realize a color spectrum with further improved homogeneity.
Diese Aufgabe wird durch ein Strahlungsemittierendes Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und bevorzugte Weiterbildungen des Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche .This object is achieved by a radiation-emitting component with the features of claim 1. Advantageous embodiments and preferred developments of the device are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß enthält ein strahlungsemittierendes Bauelement einen LED-Chip, der Primärstrahlung mit einer Wellenlänge λ0 emittiert, wobei dem LED-Chip in Abstrahlrichtung eine erste Konversionsschicht nachgeordnet ist, die mindestens ein Konversionselement enthält, das bei Anregung mit der Wellenlänge λ0 Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge emittiert. Dabei ist die erste Konversionsschicht mindestens auf einer Hauptfläche des LED- Chips aufgebracht, wobei der ersten Konversionsschicht eine zweite Konversionsschicht nachfolgt, die mindestens ein Konversionselement aufweist, das bei Anregung mit der Wellenlänge λ0 Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge emittiert, derart, dass das Halbleiterbauelement Mischstrahlung aussendet, die Primärstrahlung, Sekundärstrahlung des Konversionselements der ersten Konversionsschicht und Sekundärstrahlung des Konversionselements der zweiten Konversionsschicht enthält.According to the invention, a radiation-emitting component contains an LED chip which emits primary radiation having a wavelength λ 0 , wherein the LED chip is followed by a first conversion layer in the emission direction, which contains at least one conversion element which, upon excitation with the wavelength λ 0, has secondary radiation emitted at different wavelengths. In this case, the first conversion layer is applied at least on one main surface of the LED chip, wherein the first conversion layer is followed by a second conversion layer having at least one conversion element which emits secondary radiation of a different wavelength when excited at the wavelength λ 0 , such that the semiconductor component mixed radiation emits, the primary radiation, secondary radiation of the conversion element of the first conversion layer and secondary radiation of the conversion element of the second conversion layer contains.
Das Bauelement hat den Vorteil, dass sich Farbunterschiede über dem Abstrahlwinkel des LED-Chips, die sich aufgrund unterschiedlicher Weglängen der Primär- und der Sekundärstrahlung ergeben, verringern. Das kommt dadurch zustande, dass an dem Konversionselement der zweiten Konversionsschicht ein Teil der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung der ersten Konversionsschicht gestreut werden, wobei sich die Streustrahlung der Primär- und der SekundärStrahlung ungerichtet in alle Raumrichtungen ausbreitet. Dadurch lassen sich Schwankungen des Farborts über dem Abstrahlwinke1 verringern. Auf diese Weise wird eine Reduzierung von Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinke1 erzielt .The component has the advantage that color differences over the emission angle of the LED chip, which result from different path lengths of the primary and secondary radiation, are reduced. This is due to the fact that at the conversion element of the second conversion layer, a part of the primary radiation and the secondary radiation of the first conversion layer are scattered, wherein the scattered radiation of the primary and secondary radiation propagates undirected in all spatial directions. As a result, fluctuations in the color locus above the Abstrahlwinke1 can be reduced. In this way, a reduction of Farbinhomogenitäten is achieved over the Abstrahlwinke1.
Bei der Herstellung des Bauelements kann durch die Verwendung von zwei Konversionsschichten eine enge und adaptierte Farbselektion erfolgen und somit ein gewünschter Farbort der emittierten Strahlung des Bauelements eingestellt werden. Durch die direkt auf den LED-Chip aufgebrachte erste Konversionsschicht kann ein Basisfarbort eingestellt werden, der im Wesentlichen den Farbeindruck der emittierten Strahlung des Bauelements bestimmt. Durch die nachfolgende zweite Konversionsschicht kann eine feinere Einstellung und somit eine weitere Adaptierung des Farborts der emittierten Strahlung des Bauelements erfolgen.In the production of the component, by using two conversion layers, a close and adapted color selection can take place and thus a desired color location of the emitted radiation of the component can be set. By directly applied to the LED chip first conversion layer, a base Farbort can be adjusted, which essentially the color impression of the emitted Radiation of the device determined. The subsequent second conversion layer can be used to achieve a finer adjustment and thus a further adaptation of the color locus of the emitted radiation of the component.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Konversionsschicht dünner als die zweite Konversionsschicht.In a preferred embodiment, the first conversion layer is thinner than the second conversion layer.
Vorzugsweise ist die Konzentration des Konversionselements in der zweiten Konversionsschicht geringer als die Konzentration des Konversionselements in der ersten Konversionsschicht.Preferably, the concentration of the conversion element in the second conversion layer is less than the concentration of the conversion element in the first conversion layer.
Durch die bevorzugt geringe Konzentration des Konversionselements der zweiten Konversionsschicht wird der ursprüngliche Farbort der durch die erste KonversionsSchicht tretenden Mischstrahlung bestehend aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung des Konversionselements der ersten Konversionsschicht nur geringfügig verändert.. Der durch die erste Konversionsschicht erzeugte Farbeindruck der von dem Bauelement emittierten Strahlung ist somit von der zweiten Konversionsschicht mit darin enthaltener geringer Konzentration des Konversionselements gering beeinflusst. In Kombination mit Streueffekten an dem Konversionselement der zweiten Konversionsschicht ergibt sich insgesamt eine Reduzierung von Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinkel.Due to the preferably low concentration of the conversion element of the second conversion layer, the original color location of the mixed radiation passing through the first conversion layer consisting of primary radiation and secondary radiation of the conversion element of the first conversion layer is only slightly changed. The color impression of the radiation emitted by the component is generated by the first conversion layer thus slightly influenced by the second conversion layer with low concentration of the conversion element contained therein. In combination with scattering effects on the conversion element of the second conversion layer, the overall result is a reduction of color inhomogeneities over the emission angle.
Bevorzugt ist der LED-Chip in einer Ausnehmung eines Grundgehäuses angeordnet, wobei die Ausnehmung zumindest teilweise von der zweiten Konversionsschicht ausgefüllt ist und zumindest einen Teil des LED-Chips umschließt.Preferably, the LED chip is arranged in a recess of a base housing, wherein the recess is at least partially filled by the second conversion layer and encloses at least a portion of the LED chip.
Vorzugsweise weist das Bauelement einen Reflektor für die vom LED-Chip im Betrieb ausgesandte Primärstrahlung und die erzeugten Sekundärstrahlungen auf, in dem der LED-Chip und die nachfolgenden Konversionsschichten zumindest teilweise angeordnet sind. Bevorzugt ist der Reflektor durch eine reflektionserhöhende Beschichtung der Innenwände der Ausnehmung ausgebildet.Preferably, the device has a reflector for the emitted from the LED chip in operation primary radiation and the generated secondary radiation, in which the LED chip and the subsequent conversion layers are at least partially arranged. Preferably, the reflector is formed by a reflection-increasing coating of the inner walls of the recess.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Konversionselement der zweiten Konversionsschicht einen Teil der Primärstrahlung in Strahlung mehrererIn an advantageous embodiment of the invention, the conversion element of the second conversion layer may be a part of the primary radiation in radiation of several
Wellenlängenbereiche aus voneinander verschiedenen spektralen Teilbereichen umwandeln, so dass das Bauelement Mischstrahlung, bestehend aus Primärstrahlung, Sekundärstrahlung der ersten Konversionsschicht und SekundärStrahlung der verschiedenen Wellenlängenbereiche der zweiten Konversionsschicht aussendet. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, vielfältige Farbmischungen und Farborte zu erzeugen.Convert wavelength ranges from mutually different spectral sub-areas, so that the component emits mixed radiation, consisting of primary radiation, secondary radiation of the first conversion layer and secondary radiation of the different wavelength ranges of the second conversion layer. As a result, it is advantageously possible to produce a variety of color mixtures and color locations.
Der oder die Wellenlängenbereiche der Sekundärstrahlung der ersten und/oder zweiten Konversionsschicht weisen im Wesentlichen größere Wellenlängen auf als der Wellenlängenbereich der Primärstrahlung.The one or more wavelength ranges of the secondary radiation of the first and / or second conversion layer have substantially longer wavelengths than the wavelength range of the primary radiation.
Mit besonderem Vorteil weist zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des zweiten Konversionselements die gleiche Wellenlänge auf wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements. Dadurch erhöht sich der Anteil der Sekundärstrahlung im Wellenlängenbereich des Konversionselements der ersten Konversionsschicht. Der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung ist dadurch in Richtung der SekundärStrahlung hin verschoben. Bei der Herstellung eines Bauelements mit zwei Konversionsschichten, bei dem die SekundärStrahlung des zweiten Konversionselements die gleiche Wellenlänge aufweist wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements, kann der Farbort der von dem LED-Chip emittierten Mischstrahlung bestehend aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung, der ansonsten zu stark den Farbort der Primärstrahlung zeigen würde, durch die zweite Konversionsschicht mit Vorteil so einstellen werden, dass der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung in Richtung des Farborts der Sekundärstrahlung verschoben ist.With particular advantage, at least a part of the secondary radiation of the second conversion element has the same wavelength as the secondary radiation of the first conversion element. This increases the proportion of secondary radiation in the wavelength range of the conversion element of the first conversion layer. The color location of the radiation emitted by the component is thereby shifted in the direction of the secondary radiation. In the production of a component with two conversion layers in which the secondary radiation of the second conversion element has the same wavelength as the secondary radiation of the first conversion element, the color location of the mixed radiation emitted by the LED chip consisting of primary radiation and secondary radiation can otherwise be too strong the color location the primary radiation would be adjusted by the second conversion layer with advantage so that the color location of the radiation emitted by the component is shifted in the direction of the color locus of the secondary radiation.
Vorzugsweise sind das Konversionselement bzw. die Konversionselemente und LED-Chip so aufeinander abgestimmt, dass die Farben der Primärstrahlung und zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung zueinander komplementär sind. Durch additive Farbmischung wird der Eindruck weißen Lichts hervorgerufen .Preferably, the conversion element or the conversion elements and LED chip are matched to one another such that the colors of the primary radiation and at least a part of the secondary radiation are complementary to one another. Additive color mixing gives the impression of white light.
Mit besonderem Vorteil enthält -die zweite Konversionsschicht ein weiteres Konversionselement oder weitere Konversionselemente, vorzugsweise Rotleuchtstoffe.With special advantage, the second conversion layer contains a further conversion element or further conversion elements, preferably red phosphors.
Durch die Rotleuchtstoffe in der zweiten Konversionsschicht liegt der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung bevorzugt im Farbortbereich einer Warmweissverteilung, die vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000K - 2000K liegt.Due to the red phosphors in the second conversion layer, the color locus of the radiation emitted by the component is preferably in the color locus of a warm white distribution, which is preferably in the CIE color space in the color temperature range of 6000K - 2000K.
Bei der Herstellung eines Bauelements kann durch das Aufbringen der zweiten Konversionsschicht ein Farbort, der aufgrund der Konversion in der ersten Konversionsschicht im Bereich einer Weissverteilung, die im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von etwa 6000K liegt, in Richtung unterschiedlicher Warmweissverteilungen, die vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000K - 2000K liegen, verschoben werden. Ferner ist es durch andere Konversionselemente möglich, Blau-, Grün-, Gelb- oder Violett-Töne zu erzeugen.In the production of a component, by applying the second conversion layer, a color locus, which due to the conversion in the first conversion layer in the range of a white distribution, in the CIE color space in the Color temperature range of about 6000K, in the direction of different warm white distributions, which are preferably in the CIE color space in the color temperature range of 6000K - 2000K, are moved. Furthermore, it is possible by other conversion elements to produce blue, green, yellow or violet tones.
Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der von dem LED-Chip emittierten Strahlung im ultravioletten oder blauen Spektralbereich. Hierfür eignen sich insbesondere LED-Chips auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern.The wavelength of the radiation emitted by the LED chip is preferably in the ultraviolet or blue spectral range. Particularly suitable for this purpose are LED chips based on nitride compound semiconductors.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie- Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid- III/V-Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise AlnGamIni-n-mN umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1. Dabei tnuss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIni-n-π,N-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können."Based on nitride compound semiconductors" in the present context means that the active epitaxial layer sequence or at least one layer thereof comprises a nitride III / V compound semiconductor material, preferably Al n Ga m inn nm N, where 0 <n <1, 0 <m <1 and n + m <1. In this case, this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but it may have one or more dopants and additional constituents which have the characteristic physical properties of the Al n Ga m Ini - n - π, N-material does not substantially change the sake of simplicity, however, the above formula includes only the major components of the crystal lattice (Al, Ga, in, N), even though these can be replaced in part by small amounts of other substances..
Alternativ kann die Schichtenfolge des LED-Chips auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basieren. „Auf Phosphid- Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich vorzugsweise AlnGamIni-n-mP umfasst, wobei O ≤ n ≤ l, O ≤ m ≤ l und n+m < 1 ist, vorzugsweise mit n ≠ 0 - S -Alternatively, the layer sequence of the LED chip may be based on phosphide compound semiconductors. In this context, "based on phosphide compound semiconductors" means that the semiconductor body, in particular the active region, preferably comprises Al n Ga m Ini -m P, where O ≦ n ≦ l, O ≦ m ≦ l and n + m <1 , preferably with n ≠ 0 - S -
und/oder m ≠ 0. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.and / or m ≠ 0. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may include one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material. For the sake of simplicity, however, the above formula includes only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, P), even though these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die sich vor allem zur Erzeugung von mischfarbigem Licht eignet, liegt die Sekundärstrahlung des Konversionselements der ersten und/oder zweiten Konversionsschicht im gelben oder roten Spektralbereich.In a preferred embodiment of the invention, which is particularly suitable for generating mixed-colored light, the secondary radiation of the conversion element of the first and / or second conversion layer is in the yellow or red spectral range.
Der LED-Chip ist mit besonderem Vorteil ein Dünnfilm- Leuchtdiodenchip. Als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip wird im Rahmen der Anmeldung ein LED-Chip angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf dem eine Schichtenfolge für den LED-Chip, beispielsweise epitaktisch, aufgewachsen wurde, gedünnt oder, insbesondere vollständig, abgelöst ist.The LED chip is with particular advantage a thin-film LED chip. In the context of the application, an LED chip is considered a thin-film light-emitting diode chip, during the manufacture of which the growth substrate on which a layer sequence for the LED chip has been grown, for example epitaxially, is thinned or, in particular, completely detached.
Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist beispielsweise in I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.A basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is described, for example, in I. Schnitzer et al. , Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174-2176, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
Vorzugsweise ist die zweite Konversionsschicht durch eine Vergussmasse gebildet, in die das zweite Konversionselement eingebettet ist. Mit besonderem Vorteil weist das Bauelement in Abstrahlrichtung ein strahlformendes Element auf. Die Abstrahlcharakteristik des Bauelements kann dadurch vorteilhafterweise beeinflusst werden. Beispielsweise kann dieses Element eine Linse sein.Preferably, the second conversion layer is formed by a potting compound, in which the second conversion element is embedded. With particular advantage, the component has a beam-shaping element in the emission direction. The emission characteristic of the component can thereby be advantageously influenced. For example, this element may be a lens.
Mit Vorteil kann bei einem solchen Bauelement eine kleine Linse als strahlfomendes Element verwendet werden, ohne dass merkliche Dispersionseffekte auftreten. Das kommt dadurch zustande, dass bevorzugt die Konzentration des Konversionselements in der zweiten Konversionsschicht geringer ist als in der ersten Konversionsschicht. Durch die geringe Konzentration des Konversionselements in der zweiten Konversionsschicht findet eine geringe Anzahl an Streueffekten der Primär- und der SekundärStrahlung an den Konversionselementen in der zweiten Konversionsschicht statt . Somit ist die Abstrahlfläche der von dem LED-Chip emittierten Strahlung mit Vorteil im Wesentlichen von dem LED-Chip und von der auf die Oberfläche des LED-Chips aufgebrachten dünnen ersten Konversionsschicht vorgegeben.Advantageously, in such a device, a small lens can be used as the beam-forming element without significant dispersion effects. This is due to the fact that preferably the concentration of the conversion element in the second conversion layer is lower than in the first conversion layer. Due to the low concentration of the conversion element in the second conversion layer, a small number of scattering effects of the primary and secondary radiation take place at the conversion elements in the second conversion layer. Thus, the emission surface of the radiation emitted by the LED chip is advantageously essentially predetermined by the LED chip and by the thin first conversion layer applied to the surface of the LED chip.
Weitere Merkmale, Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Zweckmäßigkeiten des Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispielen.Further features, advantages, preferred embodiments and expediencies of the component emerge from the exemplary embodiments explained below in conjunction with FIGS. 1 and 2.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements, undFigure 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a device according to the invention, and
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements. Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Figure 2 is a schematic sectional view of a second embodiment of a device according to the invention. The same or equivalent components are each provided with the same reference numerals. The components shown and the size ratios of the components with each other are not to be considered as true to scale.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Strahlungsemittierenden Bauelement weist ein LED-Chip 1 einen Rückseitenkontakt 2, einen Vorderseitenkontakt 3 und eine sich aus einer Anzahl von verschiedenen Schichten zusammensetzende Schichtfolge 7 auf, die eine aktive Zone enthält, die im Betrieb des Bauelements mindestens eine Strahlung (z.B. ultraviolett, blau oder grün) emittiert.In the case of the radiation-emitting component shown in FIG. 1, an LED chip 1 has a rear contact 2, a front contact 3 and a layer sequence 7 composed of a number of different layers, which contains an active zone which during operation of the component comprises at least one radiation (FIG. eg ultraviolet, blue or green).
Die Schichtenfolge 7 ist beispielsweise auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basierend, d.h. sie enthält vorzugsweise AlxInvGa;L_x_yN, wobei O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x + y ≤ 1. Alternativ kann die Schichtenfolge 7 auf Phosphid- Verbindungshalbleitern basieren, d.h. sie enthält vorzugsweise AlnGamIni-n-mP/ wobei O ≤ n ≤ l, O ≤ m ≤ l und n+m < 1 ist, vorzugsweise mit n ≠ 0 und/oder m ≠ 0. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, In, Ga, N, P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.The layer sequence 7 is based, for example, on nitride compound semiconductors, ie it preferably contains Al x In v Ga; L_ x _yN, where O ≦ x ≦ l, O ≦ y ≦ l and x + y ≦ 1. Alternatively, the layer sequence 7 can occur Phosphide compound semiconductors are based, ie it preferably contains Al n Ga m In min -mP / where O ≦ n ≦ l, O ≦ m ≦ l and n + m <1, preferably with n ≠ 0 and / or m ≠ 0 In this case, this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to one of the above formulas. Rather, it may include one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material. For the sake of simplicity, the above formulas contain only the essential constituents of the crystal lattice (Al, In, Ga, N, P), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Die aktive Zone der Schichtenfolge 7 emittiert bei Beaufschlagung mit einem Strom beispielsweise elektromagnetische Strahlung aus dem blauen oder ultravioletten Wellenlängenbereich. Sie kann z.B. einen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quanten- topfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopf- Struktur (MQW-Struktur) aufweisen. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert .The active zone of the layer sequence 7 emits when exposed to a current, for example electromagnetic radiation from the blue or ultraviolet wavelength range. It may, for example, have a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). Such structures are known to the person skilled in the art and are therefore not explained in detail at this point.
Der LED-Chip 1 ist mittels eines elektrisch leitenden Verbindungsmittels, z.B. ein metallisches Lot oder ein Klebstoff, mit seinem Rückseitenkontakt 2 auf einem ersten elektrischen Anschluss 4 befestigt. Der Vorderseitenkontakt 3 ist mittels eines Bonddrahts 6 mit einem zweiten Anschluss 5 verbunden.The LED chip 1 is connected by means of an electrically conductive connection means, e.g. a metallic solder or an adhesive, fixed with its rear side contact 2 on a first electrical connection 4. The front-side contact 3 is connected to a second connection 5 by means of a bonding wire 6.
Der erste und zweite Anschluss 4, 5 sind in ein Grundgehäuse 8 mit einer Ausnehmung eingebettet. Dabei kann das Grundgehäuse 8 vorgefertigt sein. Unter "vorgefertigt" ist zu verstehen, dass das Grundgehäuse 8 bereits an den Anschlüssen 4, 5 beispielsweise mittels Spritzguss fertig ausgebildet ist, bevor der LED-Chip 1 auf den ersten Anschluss 4 montiert wird. Das Grundgehäuse 8 besteht beispielsweise aus einem lichtundurchlässigen Kunststoff und die Ausnehmung ist hinsichtlich ihrer Form als Reflektor für die vom LED-Chip 1 im Betrieb ausgesandte Strahlung ausgebildet. Bevorzugt ist der Reflektor durch eine reflektierende Beschichtung der Innenwände der Ausnehmung ausgebildet.The first and second terminals 4, 5 are embedded in a base housing 8 with a recess. In this case, the base housing 8 may be prefabricated. By "prefabricated" is meant that the base housing 8 is already finished on the terminals 4, 5, for example by means of injection molding, before the LED chip 1 is mounted on the first terminal 4. The base housing 8 consists for example of an opaque plastic and the recess is formed in terms of their shape as a reflector for the emitted from the LED chip 1 during operation radiation. Preferably, the reflector is formed by a reflective coating of the inner walls of the recess.
Eine erste Konversionsschicht 9 ist direkt auf der Strahlungsemittierenden Oberfläche des LED-Chips 1 aufgebracht. Diese Konversionsschicht 9 enthält bevorzugt Silikon oder eine silikonhaltige Verbindung, die mit einem Konversionselement 10, bevorzugt anorganischem Konversionselement, für weiß leuchtende Bauelemente bevorzugt Y3Al5Oi2 : Ce3+ (YAG: Ce) , versetzt sind. Alternativ kann die Konversionschicht 9 eine keramische Verbindung oder einen transparenten Kunststoff, beispielsweise Epoxydharz oder Polymethylmetaacrylat enthalten, die mit einem Konversionselement 10, bevorzugt anorganischem Konversionselement, für weiß leuchtende Bauelemente bevorzugt Y3Al5Oi2 : Ce3+ (YAG:Ce), versetzt sind.A first conversion layer 9 is applied directly to the radiation-emitting surface of the LED chip 1. This conversion layer 9 preferably contains silicone or a silicone-containing compound which contains a conversion element 10, preferably inorganic Conversion element, for white luminous components preferably Y 3 Al 5 Oi 2 : Ce 3+ (YAG: Ce), are offset. Alternatively, the conversion layer 9 may comprise a ceramic compound or a transparent plastic, for example epoxy resin or polymethyl methacrylate, which with a conversion element 10, preferably inorganic conversion element, for white luminous components preferably Y 3 Al 5 O 2 : Ce 3+ (YAG: Ce), are offset.
Diese erste Konversionsschicht 9 ist von einer weiteren Konversionsschicht 13 mit darin enthaltenem Konversionselement 11, bevorzugt aus einem mit dem Konversionselement 11 versehenen Epoxidharz, besonders bevorzugt mit dem bei der ersten Konversionsschicht 9 verwendeten Konversionsmaterial, umschlossen, die die Ausnehmung zumindest teilweise ausfüllt. Dabei ist die Konzentration des Konversionselements 11 der zweiten Konversionsschicht 13 geringer als die Konzentration des Konversionselements 10 der ersten Konversionsschicht 9.This first conversion layer 9 is surrounded by a further conversion layer 13 with conversion element 11 contained therein, preferably from an epoxy resin provided with the conversion element 11, particularly preferably with the conversion material used in the first conversion layer 9, which at least partially fills the recess. In this case, the concentration of the conversion element 11 of the second conversion layer 13 is lower than the concentration of the conversion element 10 of the first conversion layer 9.
Die zweite Konversionsschicht 13 kann einen oder mehrere verschiedene Konversionselemente 11 aufweisen. Als Konversionselement sind beispielsweise anorganische Konversionselemente geeignet, wie mit seltenen Erden, insbesondere mit Ce oder Tb, dotierte Granate oder organische Konversionselemente, wie Perylen-Konversionselemente. Weitere geeignete Konversionselemente sind beispielsweise in der WO 98/12757 und in der WO 01/65613 Al aufgeführt, deren Inhalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.The second conversion layer 13 may have one or more different conversion elements 11. As a conversion element, for example, inorganic conversion elements are suitable, such as with rare earths, in particular with Ce or Tb, doped garnets or organic conversion elements, such as perylene conversion elements. Further suitable conversion elements are listed, for example, in WO 98/12757 and in WO 01/65613 A1, the content of which is hereby incorporated by reference.
Das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsmäßigen Bauelements unterscheidet sich von dem Bauelement in Figur 1 dadurch, dass die erste Konversionsschicht 9 ganzflächig auf der Strahlungsemittierenden Hauptfläche des LED-Chips 1 aufgebracht ist, wobei das Substrat des LED-Chips 1 aus einem für die vom LED-Chip im Betrieb ausgesandte PrimärStrahlung transparenten Material besteht. Die Ausnehmung, in der der LED-Chip 1 angeordnet ist, weist durch eine reflektierende Beschichtung der Innenwände einen Reflektor 12 für die vom LED-Chip im Betrieb ausgesandte Primärstrahlung auf.The illustrated in Figure 2 embodiment of an inventive device differs from the device in Figure 1, characterized in that the first Conversion layer 9 is applied over the entire surface of the radiation-emitting main surface of the LED chip 1, wherein the substrate of the LED chip 1 consists of a transparent material emitted by the LED chip during operation primary radiation. The recess in which the LED chip 1 is arranged has, by means of a reflective coating of the inner walls, a reflector 12 for the primary radiation emitted by the LED chip during operation.
Bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Bauelementen besteht die Möglichkeit, in Abstrahlrichtung ein strahlformendes Element nachzuordnen (nicht dargestellt) . Dabei ist es von Vorteil, wenn die zweite Konversionsschicht 13 mit dem Grundgehäuse 8 abschließt. Das bedeutet, dass die zweite Konversionsschicht 13 und das Grundgehäuse 8 bevorzugt die gleiche Höhe aufweisen. Wenn die zweite Konversionsschicht 13 nicht mit dem Grundgehäuse 8 abschließt, kann der Abstand, der sich zwischen der zweiten Konversionsschicht 13 und einem strahlformenden Element ergibt, durch einen Kleber ausgeglichen werden, so dass die Konversionsschicht 13 mit dem darauf angeordneten Kleber und das Grundgehäuse 8 die gleiche Höhe aufweisen.In the case of the components illustrated in FIGS. 1 and 2, it is possible to arrange a beam-shaping element in the emission direction (not shown). It is advantageous if the second conversion layer 13 terminates with the base housing 8. This means that the second conversion layer 13 and the base housing 8 preferably have the same height. If the second conversion layer 13 does not terminate with the base housing 8, the distance, which results between the second conversion layer 13 and a beam-forming element, can be compensated by an adhesive, so that the conversion layer 13 with the adhesive disposed thereon and the base housing 8 have the same height.
Durch das strahlformende Element kann die Abstrahlcharakteristik des Bauelements vorteilhaft beeinflusst werden. Beispielsweise kann dieses Element eine Linse sein.By the beam-shaping element, the emission characteristics of the device can be advantageously influenced. For example, this element may be a lens.
Mit Vorteil kann bei einem solchen Bauelement eine vergleichsweise kleine Linse als strahlformendes Element verwendet werden, ohne dass merkliche Dispersionseffekte auftreten. Dies beruht darauf, dass bevorzugt die Konzentration des Konversionselements 11 in der zweiten Konversionsschicht 13 geringer ist als die Konzentration des Konversionselements 10 in der ersten Konversionsschicht 9. Durch die geringe Konzentration des Konversionselements 11 in der zweiten Konversionsschicht 13 findet eine geringe Anzahl an Streueffekten der Primär- und der SekundärStrahlung an den Konversionselementen 11 in der zweiten Konversionsschicht 13 statt. Somit ist die Abstrahlfläche der von dem LED-Chip 1 emittierten Strahlung mit Vorteil im Wesentlichen von dem LED-Chip 1 und von der auf die Oberfläche des LED-Chips 1 aufgebrachten dünnen ersten Konversionsschicht 9 vorgegeben.Advantageously, in such a device, a comparatively small lens may be used as the beam-shaping element without significant dispersion effects. This is based on the fact that preferably the concentration of the conversion element 11 in the second Conversion layer 13 is less than the concentration of the conversion element 10 in the first conversion layer 9. Due to the low concentration of the conversion element 11 in the second conversion layer 13, a small number of scattering effects of the primary and secondary radiation takes place at the conversion elements 11 in the second conversion layer 13 , Thus, the emission surface of the radiation emitted by the LED chip 1 is advantageously essentially predetermined by the LED chip 1 and by the thin first conversion layer 9 applied to the surface of the LED chip 1.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 und 2 haben den Vorteil, dass durch die auf die Oberfläche des LED-Chips aufgebrachte dünne erste Konversionsschicht 9 für die gesamte vom LED-Chip 1 ausgesandte Strahlung die Weglänge durch die erste Konversionsschicht 9 näherungsweise gleich groß ist. Die nachfolgende zweite Konversionsschicht 13 enthält eine geringe Konzentration von Konversionselementen 11, wodurch sich an dem Konversionselement 11 der zweiten Konversionsschicht 13 Streueffekte der Primär- und der Sekundärstrahlung ergeben, wobei sich eine ungerichtete Streustrahlung der Primär- und der Sekundärstrahlung in alle Raumrichtungen ergibt. Dadurch lassen sich Schwankungen des Farborts über dem Abstrahlwinkel verringern. Eine Reduzierung von Farbinhomogenitäten über dem Abstrahlwinkel ergibt sich mit Vorteil.The exemplary embodiments of FIGS. 1 and 2 have the advantage that due to the thin first conversion layer 9 applied to the surface of the LED chip, the path length through the first conversion layer 9 is approximately the same for the entire radiation emitted by the LED chip 1. The subsequent second conversion layer 13 contains a low concentration of conversion elements 11, resulting in the conversion element 11 of the second conversion layer 13 scattering effects of the primary and secondary radiation, resulting in an undirected scattered radiation of the primary and secondary radiation in all spatial directions. As a result, fluctuations of the color location over the emission angle can be reduced. A reduction of color inhomogeneities over the emission angle results with advantage.
Bevorzugt weist zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des zweiten Konversionselements 11 die gleiche Wellenlänge auf wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements 10. Dadurch erhöht sich der Anteil der SekundärStrahlung im Wellenlängenbereich des Konversionselements 10 der ersten Konversionsschicht 9. Der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung ist dadurch in Richtung der Sekundärstrahlung hin verschoben.Preferably, at least a portion of the secondary radiation of the second conversion element 11 has the same wavelength as the secondary radiation of the first conversion element 10. This increases the proportion of secondary radiation in the wavelength range of the conversion element 10 of the first conversion layer 9. The color location of the device emitted radiation is thereby shifted in the direction of the secondary radiation.
Bei der Herstellung des Bauelements kann der Farbort der von dem LED-Chip 1 emittierten Mischstrahlung bestehend aus Primärstrahlung und Sekundärstrahlung, der ansonsten zu stark den Farbort der Primärstrahlung zeigen würde, durch die zweite Konversionsschicht 13 mit darin enthaltenem Konversionselement 11 so eingestellt sein, dass der Farbort der von dem Bauelement emittierten Strahlung in Richtung des Farborts der Sekundärstrahlung verschoben ist.During the production of the component, the color location of the mixed radiation emitted by the LED chip 1, consisting of primary radiation and secondary radiation, which would otherwise show too strongly the color location of the primary radiation, can be adjusted by the second conversion layer 13 with conversion element 11 contained in it Color location of the radiation emitted by the device is shifted in the direction of the color locus of the secondary radiation.
Ein weiterer Vorteil der oben genanntenAnother advantage of the above
Konversionsschichtanordnung ergibt sich daraus, dass die zweite Konversionsschicht 13 ein weiteres Konversionselement 11, vorzugsweise einen Rotleuchtstoff, enthalten kann, so dass aus einer Weissverteilung', die im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von etwa 6000K liegt, die Mischstrahlung einer Warmweissverteilung, die vorzugsweise im CIE-Farbraum im Farbtemperaturbereich von 6000K - 2000K liegt, erzeugbar ist.Conversion layer arrangement results from the fact that the second conversion layer 13 may contain a further conversion element 11, preferably a red phosphor, so that from a white distribution 'in the CIE color space in the color temperature range of about 6000K, the mixed radiation of a warm white distribution, preferably in the CIE Color space is in the color temperature range of 6000K - 2000K, can be generated.
Die Erläuterung des erfindungsgemäßen Bauelements anhand der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese zu betrachten. 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 explanation of the device according to the invention with reference to the embodiments described above is not to be regarded as limiting the invention to 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 claims or exemplary embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Strahlungsemittierendes Bauelement mit einem LED-Chip (1) , der Primärstrahlung mit einer Wellenlänge λ0 emittiert, einer ersten Konversionsschicht (9) , die auf mindestens einer Hauptfläche des LED-Chips (1) aufgebracht ist und die mindestens ein Konversionselement (10) aufweist, das zumindest einen Teil einer von dem LED-Chip (1) ausgesandten Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umwandelt, einer der ersten Konversionsschicht (9) nachgeordneten zweiten Konversionsschicht (13) , die mindestens ein Konversionselement (11) aufweist, das zumindest einen Teil der von dem LED-Chip (1) ausgesandten Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung umwandelt, wobei sich zumindest ein Teil der SekundärStrahlung des Konversionselements (10) der ersten Konversionsschicht (9) , ein Teil der Sekundärstrahlung des1. Radiation-emitting component having an LED chip (1) emitting primary radiation having a wavelength λ 0 , a first conversion layer (9) which is applied to at least one main surface of the LED chip (1) and the at least one conversion element (10 ) which converts at least a part of a primary radiation emitted by the LED chip (1) into secondary radiation, a second conversion layer (13) arranged downstream of the first conversion layer (9) and comprising at least one conversion element (11) comprising at least one part the primary radiation emitted by the LED chip (1) converts into a secondary radiation, at least part of the secondary radiation of the conversion element (10) of the first conversion layer (9), a part of the secondary radiation of the
Konversionselements (11) der zweiten Konversionsschicht (13) und ein Teil der unkonvertierten PrimärStrahlung zu einer Mischstrahlung überlagern.Conversion element (11) of the second conversion layer (13) and a portion of the unconverted primary radiation superimposed on a mixed radiation.
2. Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Konversionsschicht (9) dünner ist als die zweite Konversionsschicht (13).2. The radiation-emitting component according to claim 1, wherein the first conversion layer (9) is thinner than the second conversion layer (13).
3. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konzentration des Konversionselements (11) in der zweiten Konversionsschicht (13) geringer ist als die Konzentration des Konversionselements (10) in der ersten Konversionsschicht (9). 3. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the concentration of the conversion element (11) in the second conversion layer (13) is less than the concentration of the conversion element (10) in the first conversion layer (9).
4. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der LED-Chip (1) in einer Ausnehmung eines Grundgehäuses (8) angeordnet ist und die Ausnehmung zumindest teilweise von der zweiten Konversionsschicht (13) ausgefüllt ist.4. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the LED chip (1) in a recess of a base housing (8) is arranged and the recess is at least partially filled by the second conversion layer (13).
5. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement einen Reflektor (12) aufweist, wobei der LED-Chip (1) und die nachgeordneten Konversionsschichten (9, 13) zumindest teilweise innerhalb des Reflektors (12) angeordnet sind.5. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the component has a reflector (12), wherein the LED chip (1) and the downstream conversion layers (9, 13) at least partially within the reflector (12) are arranged.
6. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionselement (11) der zweiten6. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the conversion element (11) of the second
Konversionsschicht (13) einen Teil der Primärstrahlung in Sekundärstrahlung, die mehrere Wellenlängenbereiche in voneinander verschiedenen spektralen Teilbereichen aufweist, umwandelt.Conversion layer (13) converts a portion of the primary radiation into secondary radiation having a plurality of wavelength ranges in mutually different spectral portions.
7. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung des zweiten Konversionselements (11) die gleiche Wellenlänge aufweist wie die Sekundärstrahlung des ersten Konversionselements (10) .7. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein at least a part of the secondary radiation of the second conversion element (11) has the same wavelength as the secondary radiation of the first conversion element (10).
8. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es im Betrieb mischfarbiges Licht abstrahlt. 8. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein it emits mixed-colored light in operation.
9. Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 8, wobei das mischfarbige Licht weißes Licht ist.A radiation-emitting device according to claim 8, wherein the mixed-color light is white light.
10. Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 9, wobei die zweite Konversionsschicht mindestens ein weiteres Konversionselement (11) enthält.10. Radiation-emitting component according to claim 9, wherein the second conversion layer contains at least one further conversion element (11).
11. Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 10, wobei das weitere Konversionselement (11) ein Rotleuchtstoff ist.11. Radiation-emitting component according to claim 10, wherein the further conversion element (11) is a red phosphor.
12. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlänge λ0 der Primärstrahlung im ultravioletten oder blauen Spektralbereich liegt.12. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the wavelength λ 0 of the primary radiation in the ultraviolet or blue spectral range.
13. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement einen Nitridverbindungshalbleiter oder einen Phosphidverbindungshalbleiter enthält.A radiation-emitting device according to any one of the preceding claims, wherein the device comprises a nitride compound semiconductor or a phosphide compound semiconductor.
14. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die SekundärStrahlung des Konversionselements (10, 11) der ersten und/oder zweiten Konversionsschicht (9, 13) im gelben oder roten Spektralbereich liegt.14. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the secondary radiation of the conversion element (10, 11) of the first and / or second conversion layer (9, 13) in the yellow or red spectral range.
15. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweiten Konversionsschicht (13) ein strahlformendes Element nachgeordnet ist. 15. Radiation-emitting component according to one of the preceding claims, wherein the second conversion layer (13) is arranged downstream of a beam-shaping element.
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