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WO2010040327A1 - Leuchtmittel - Google Patents

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Publication number
WO2010040327A1
WO2010040327A1 PCT/DE2009/001140 DE2009001140W WO2010040327A1 WO 2010040327 A1 WO2010040327 A1 WO 2010040327A1 DE 2009001140 W DE2009001140 W DE 2009001140W WO 2010040327 A1 WO2010040327 A1 WO 2010040327A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wavelength
radiation
lamp
semiconductor chip
semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/DE2009/001140
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Strauss
Reiner Windisch
Frank Baumann
Matthias Peter
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
Priority to CN200980139944.4A priority Critical patent/CN102177594B/zh
Priority to JP2011529442A priority patent/JP5827895B2/ja
Priority to EP09776087A priority patent/EP2335292A1/de
Priority to US13/122,779 priority patent/US8410507B2/en
Publication of WO2010040327A1 publication Critical patent/WO2010040327A1/de

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    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
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    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector 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
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    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector 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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L33/50—Wavelength conversion elements

Definitions

  • thermal light sources or light sources such as incandescent lamps
  • "cold" light sources such as LEDs, light-emitting diodes or laser diodes are characterized by high efficiency, a long service life and a compact design
  • Thermal light sources emit a broad, almost continuous spectrum of electromagnetic radiation in the visible spectral range, similar to the spectrum of a black body, for example light emitting diodes emitting in the visible spectral range in comparatively narrow spectral ranges.
  • An object to be solved is to specify a light source with a high color rendering quality.
  • this comprises at least one optoelectronic semiconductor component.
  • the semiconductor device may be configured as a light-emitting diode or as a laser diode.
  • the semiconductor component emits electromagnetic radiation which lies at least partially in the spectral range between 340 nm and 780 nm.
  • the optoelectronic semiconductor component emits at least one first wavelength during operation. Under wavelength _
  • a spectral range or a wavelength range is understood that corresponds to an emission band of approximately one semiconductor chip.
  • Such emission bands are narrow band and have spectral widths in the order of 20 nm.
  • “Width” refers to the full width at half the height of the maximum, English Filling Width at Half Maximum, FWHM for short.
  • “Wavelength” refers to the spectral position of the maximum of the emission band or of the wavelength range Emission band or the corresponding wavelength range.
  • the first wavelength is below 500 nm, in particular between 300 nm and 500 nm, preferably between 400 nm and 450 nm, particularly preferably between 410 nm and 440 nm.
  • the first wavelength is in the near ultraviolet or in the blue spectral range.
  • this light emits at a second wavelength, in particular in the spectral range between 200 nm and 500 nm, preferably in the spectral range between 430 nm and 490 nm.
  • the first wavelength has in particular higher frequencies than the second wavelength.
  • the latter emits electromagnetic radiation at at least a first and a second wavelength, the first wavelength and the second wavelength being different from one another.
  • the emission bands with respect to first and second wavelengths may partially overlap.
  • First wavelength and second wavelength respectively relate to the spectral signature of the radiation emitted directly by the semiconductor device. In particular, this radiation is not influenced by a conversion agent or an absorber.
  • this comprises a conversion means.
  • the conversion means is configured to at least radiation the first
  • Wavelength at least partially convert to radiation of another frequency.
  • the wavelength of the converted radiation is greater than the first wavelength.
  • the converted radiation includes frequencies that are lower than the frequencies in the spectral range of the first wavelength.
  • the radiation spectrum emitted during operation of the luminous means is metameric to a blackbody spectrum. If different spectra are metamer to each other, that means that the spectra have the same color locus. For the illuminant this means that the radiation spectrum has a composition or a course, so that the sensory impression of this radiation spectrum perceived by the human eye corresponds to that of a blackbody spectrum. In other words, the light source for the human eye thus forms a radiator in the form of an ideal black body in thermal equilibrium.
  • the luminous means is preferably designed so that the radiation emitted during operation is perceived as white light, in particular as warm white light.
  • Metamer to a blackbody spectrum also means that the mean distance of the color point of the radiation emitted by the illuminant to the blackbody curve in the standard color chart is less than or equal to 0.07, in the context of production and measurement accuracy.
  • the distance is less than or equal to 0.05, in particular less than or equal to 0.025.
  • the distance is defined as the root over the sum of the square of the x-deviation and the y-deviation.
  • the luminous means comprises at least one optoelectronic semiconductor component which emits electromagnetic radiation in operation at at least one first wavelength and at least one second wavelength, wherein the first wavelength and the second wavelength are different from one another and below 500 nm, in particular between 300 nm and 500 nm, lie.
  • the luminous means comprises at least one conversion means which at least partially converts the first wavelength into radiation of a different frequency.
  • the radiation spectrum emitted by the illuminant during operation is metameric to a blackbody spectrum.
  • the first wavelength and the second wavelength can be selected so that at the same time a high color rendering quality and high efficiency of the light source can be realized.
  • the semiconductor component has at least one semiconductor chip emitting in operation at the first wavelength and at least one emitting at the second wavelength Semiconductor chip on.
  • the ratio between the radiation power at the first wavelength and at the second wavelength can be adjusted selectively, for example via a different current flow of the two semiconductor chips. It is possible for the at least two semiconductor chips to be operated and / or driven independently of one another.
  • the semiconductor component comprises at least one
  • Semiconductor chip which emits in operation both radiation of the first wavelength and radiation of the second wavelength.
  • a single semiconductor chip may be sufficient to produce the first wavelength and both the second wavelength.
  • Such a semiconductor chip is specified, for example, in the document US 2005/0266588 A1, the disclosure content of which is incorporated by reference with regard to the semiconductor chip described there and the production method described there for such a semiconductor chip.
  • About such a semiconductor chip is a compact semiconductor device and thus space-saving bulbs feasible.
  • the semiconductor component comprises at least one semiconductor chip which has an active zone with at least a first part and with at least one second part.
  • First and second part are vertical, that is perpendicular to a main extension direction of the active zone, preferably arranged one above the other. In particular, there is no tunnel contact between the first part and the second part.
  • Such a semiconductor chip is specified in document WO 2007/140738 A1, the disclosure content of which is incorporated by reference with respect to the semiconductor chip described therein.
  • a semiconductor device with such a semiconductor chip is compact.
  • Illuminant has a high efficiency by such a semiconductor device.
  • the luminous means comprises a semiconductor component with at least one semiconductor chip with an active zone, which emits radiation of the first wavelength during operation.
  • the active zone is followed by a luminescent structure which absorbs part of the first wavelength and re-emits at the second wavelength.
  • Active zone and luminescence structure are preferably based on the same semiconductor material, on which in particular the entire semiconductor device is based.
  • active zone and luminescent structure are based on the InGaN or GaN material system.
  • a conversion means is arranged downstream of the entire semiconductor component. This means that the radiation of all semiconductor chips passes through, at least in part, the conversion agent. In particular, substantially all the radiation emitted by the semiconductor component passes through the conversion means. “Substantially” may mean that more than 80%, preferably more than 95%, of the radiation emitted by the semiconductor component passes through the conversion medium, Such a luminous means is simple and compact and has a high conversion efficiency.
  • the first and second wavelengths are at least 10 nm spectrally spaced from one another.
  • the spectral distance is at least 15 nm, in particular at least 20 nm.
  • a spectral width of the radiation emitted by the semiconductor component is at least 50 nm.
  • the spectral width is preferably at least 65 nm.
  • the spectral width is in this case defined such that it is a coherent spectral range. The limits of this range of the spectral width are defined by the fact that the radiation intensity at the boundaries amounts to approximately 13.6% of a
  • the limit thus corresponds to the maximum intensity divided by e 2 , where e represents the Euler number, and e is approximately 2.71.
  • Contiguous means that the intensity within the range of the spectral width does not fall below the value of the limits.
  • the term "intensity” is understood to mean, for example, the spectral intensity density or the power density of the radiation, ie the intensity or power becomes, for example, 1 nm
  • the intervals are to be selected smaller than the spectral width by a factor of 20.
  • the large spectral width of the light emitted by the semiconductor component may increase the color rendering quality of the illuminant.
  • a color rendering index R a of the luminous means is at least 80, preferably at least 85, in particular at least 90.
  • the Color Rendering Index, or CRI for short, indicates how great the average color deviation of defined test color fields is
  • the maximum color rendering index is 100 and corresponds to a light source where no color deviations occur.
  • R a means that eight test colors, in particular the first eight test colors, are used to determine the CRI. Further information on the measurement and determination of the color rendering index can be found in DE 10 2004 047 763 A1, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • a color rendering index of at least 80 ensures a high color rendering quality of the light source.
  • the color reproduction quality over a other index for example the Color Quality Scale, CQS for short.
  • the values of another index must then be converted into corresponding CRI values.
  • the luminous means whose efficiency is at least 60 Im / W, preferably at least 70 lm / W. This is made possible by the first wavelength, which lies in the spectral range in which the semiconductor device has maximum efficiency.
  • Such a luminous means has a high efficiency with respect to the conversion of electrical energy into radiant energy.
  • the luminous means its color temperature lies between 2500 K and 6500 K, preferably between 2700 K and 4000 K, in particular between 2900 K and 3400 K.
  • the color temperature is the temperature of a black body whose color locus corresponds to the color locus Characterizing radiation, so the radiation of the light source, comes closest. This most similar
  • CCT Correlated Color Temperature
  • the conversion means converts light of the first
  • Wavelength at least 50%, in particular at least 95% and light of the second wavelength at most 90% in a radiation of another wavelength that is, after transmission through the conversion means lies in the spectral range of the first wavelength at most 5% of
  • this value is at least 10%.
  • the first wavelength is converted by the conversion means to a greater extent than the second wavelength.
  • the difference in the conversion of the first wavelength and the second wavelength by the conversion means is at least 5 percentage points, in particular at least 10 percentage points, wherein the second wavelength is converted to a lesser extent.
  • the corresponding proportion of the second wavelength is at most (X-5)%, in particular at most (X-10)%.
  • the second wavelength is essentially not converted by the conversion means, that is, at least 75% of the radiation power at the second wavelength is transmitted by the conversion means.
  • the first wavelength and the second wavelength are thus matched to the absorption of the conversion means that mainly the first wavelength is converted. This allows a high level of spectral position of the second wavelength
  • the first wavelength is around 430 nm and the second wavelength around 470 nm. That is, the spectral range of the first
  • Wavelength comprises 430 nm and the spectral range of the second wavelength comprises 470 nm, in particular each plus / minus 10 nm, or the first wavelength and the second Wavelength have a maximum intensity in the spectral ranges mentioned.
  • the spectral distance between the first wavelength and 430 nm less than a spectral width, short FWHM, in particular less than one third of the spectral width, short FWHM.
  • the second wavelength By such a first and second wavelength selected high efficiency and a high color rendering quality of the light source can be realized.
  • the semiconductor component comprises at least one semiconductor chip which in operation emits light having a third wavelength of at least 600 nm.
  • the radiation of this semiconductor chip lies in particular in the red
  • the third wavelength is the spectral range corresponding to the corresponding emission band of the semiconductor chip.
  • the third wavelength denotes the maximum of this emission band.
  • the FWHM width of the third wavelength is preferably at least 20 nm, in particular at least 30 nm.
  • the color rendering quality in the long-wavelength spectral range can be improved.
  • this comprises a control unit via which the
  • the control unit can be designed in the form of one or more electrical resistors via which the energization of, for example, a first semiconductor chip emitting at the first wavelength and a second semiconductor chip emitting at the second wavelength is determined. If the control unit includes such resistors, then these can be fixed or also be controllable. If the resistances are fixed, this preferably takes place within the scope of the production of the luminous means. If the resistors are variably adjusted or adjustable, for example in the form of a potentiometer, then, for example, its color temperature can also be adjusted during operation of the luminous means.
  • the second wavelength is at a smaller wavelength than a main working region of the conversion means.
  • main working range of the conversion means that spectral range is designated, in which the most intense emission band of the conversion agent is located.
  • the main work area is a continuous spectral range.
  • the boundaries of the main work area have an intensity that is approximately 13.6% of the maximum intensity of the main work area. Within the main work area, the intensity does not drop below the intensity at the boundaries. If the second wavelength is outside the main working range, the spectral range of the light emitted by the light source is effectively increased. This increases the color rendering quality of the light source.
  • the conversion medium contains at least one inorganic, cerium- or yttrium-containing solid.
  • the conversion agent may be a mixture of several different substances.
  • the conversion agent can be applied in several layers with a different material composition, also structured.
  • a conversion agent, which has several different substances, can be a spectrally wider
  • Main work area and a good color rendering quality of the bulb can be achieved.
  • the conversion medium contains two inorganic phosphors, in particular exactly two inorganic phosphors.
  • One of the phosphors, phosphor A emits in the yellow or green spectral range.
  • the other phosphor, phosphor B emits in the red spectral range.
  • a dominant wavelength of emission of phosphor A is between 540 nm and 580 nm inclusive, more preferably between 550 nm and 575 nm inclusive.
  • the wavelength of emission of phosphor B is preferably between 590 nm and 615 nm, more preferably between 595 nm inclusive and 610 nm. In this case, the dominant wavelength is in particular that wavelength at which the phosphor exhibits maximum emission.
  • an absorption maximum of the phosphor A lies between 420 nm and 480 nm inclusive, while the phosphor B preferably has a monosorbing absorption coefficient which increases to shorter wavelengths. It is not necessary for the absorbance of the phosphor B to have a narrow optimum or maximum.
  • the emission of phosphor A and the absorption of phosphor B can be coordinated so that one Reabsorption probability is minimized. In other words, radiation emitted by the phosphor A, for example, is not or only negligibly absorbed by the phosphor B, and vice versa.
  • the absorption maximum of the phosphor A and the two wavelengths emitted by the at least one semiconductor chip can be matched to one another in such a way that a particularly favorable spectrum with regard to the simultaneous optimization of the color rendering and efficiency parameters results.
  • the phosphor A is a cerium-doped derivative of the phosphor yttrium-aluminum-garnet, in short YAG, with the general empirical formula (Y, Gd, Lu) 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce 3+ , In which
  • Phosphor B may be, for example, an Eu-doped nitride having the general empirical formula (Ca, Sr, Ba) Al Si N 3 : Eu 2+ or alternatively (Ca, Sr, Ba) 2 Si 2 N 5 : Eu 2+ act.
  • the luminous means has a semiconductor component which emits at two different wavelengths, a predetermined color rendering quality can already be achieved with less different phosphors. It may therefore reduce the number of phosphors to be used. On the other hand, this can also increase the efficiency of the luminous means, since a reabsorption of converted radiation can be reduced or avoided. In particular, when using a plurality of different phosphors, the reabsorption by the different phosphors can reduce the efficiency of the light source.
  • the first wavelength is around 430 nm and the second wavelength is around 470 nm, with a tolerance of 10 nm in each case.
  • the conversion means converts the first wavelength into a fraction that is at least 5 percentage points larger than a corresponding one Share of the second wavelength in a radiation of a different wavelength, wherein the second wavelength is at smaller wavelengths than that
  • both the radiation having the first wavelength and the radiation having the second wavelength undergoes the conversion means, the radiation of the first wavelength being at least 50% into radiation of another
  • Wavelength is converted and the radiation of the second wavelength is wavelength-converted to a maximum of 90%.
  • illuminants described here can be used, for example, in illumination devices for projection purposes, in headlights or light emitters.
  • Figure 1 is a schematic sectional views of
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a
  • Figures 3 and 4 are schematic representations of spectrum and color location (C, F) emitted by a semiconductor device radiation (A, D) and spectra of the radiation after passing through a conversion means (B, E) of embodiments of illuminants described here (D to F ).
  • FIGS. 1 and 2 Exemplary embodiments of semiconductor components 2 and semiconductor chips 20 as well as of a luminous means 1 are illustrated in FIGS. 1 and 2. Spectral properties are explained in more detail in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 1A shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of a semiconductor component 2 that can be used in a luminous means 1.
  • a base body 4 which can be produced, for example, by means of an injection or pressure casting process, has a recess 10.
  • the semiconductor chip 20a emits a first radiation having a first wavelength L1
  • the semiconductor chip 20b emitting a second radiation having a second wavelength L2.
  • a conversion means 3 On a side facing away from the semiconductor chip 20a, 20b side of the recess 10 is a conversion means 3 in the form of a - -
  • the conversion means 3 is spaced from the semiconductor chips 20a, 20b. Due to the distance between conversion means 3 and semiconductor chips 20a, 20b, mixing of radiation emitted by the semiconductor chips 20a, 20b until leaving the conversion means 3 is possible.
  • the two semiconductor chips 20a, 20b have an active zone 21 in which the radiation is generated during operation.
  • the two semiconductor chips 20a, 20b thus emit radiation in the active regions 21 with different wavelengths.
  • the components of the semiconductor component 2 which are not essential for the description of the exemplary embodiment, such as electrical contacts, are not shown in FIG. 1A and the further figures.
  • FIG. 1B shows a semiconductor chip 20.
  • the semiconductor chip 20 comprises two active regions 21a, 21b.
  • the active region 21 a is designed to emit radiation having the first wavelength L 1 during operation of the semiconductor chip 20.
  • radiation of the second wavelength L2 is generated.
  • On a side of the semiconductor chip 20 facing away from the active zone 21a a layer with the conversion means 3 is applied.
  • the semiconductor chip 20 thus comprises two active zones 21a, 21b, which emit at different wavelengths L1, L2.
  • the semiconductor chip 20 emits at different wavelengths L1, L2. - Io -
  • a semiconductor chip 20 having a single active region 21 is illustrated.
  • a first part 23 is located above a second part 23.
  • the first part 22 comprises, for example, differently designed quantum wells than the part 23.
  • the first part 22 and the second part 23 can be used for Example, each have three layers of quantum wells, wherein the layers extend substantially perpendicular to the vertical direction V.
  • First part 22 and second part 23 are connected by no tunnel junction.
  • radiation of the first wavelength L 1 is generated in the first part 22 of the active zone, and radiation of the second wavelength L 2 is generated in the second part 23.
  • first part 22 and second part 23 have different dopings. In other words, the
  • Semiconductor chip 20 only a single active zone, are generated in the first wavelength Ll and second wavelength L2 in operation.
  • Conversion 3 applied as a layer.
  • the layer with the conversion agent 3 is structured. That is, in a direction parallel to a main extension direction of the active region 21, the thickness of the conversion means 3 is lower in edge regions 14 than in a central region 13 above the first part 22 of the active region 21.
  • a semiconductor component 2 is drawn with a semiconductor chip 20 which has an active zone 21 and a luminescence structure 25.
  • radiation of the first wavelength L 1 is generated in the active zone 21. This is partially converted in the luminescent structure 25 into a radiation of the second wavelength L2.
  • the recess 10 is formed by the base body 4.
  • the semiconductor chip 20 is also located in the recess 10.
  • the semiconductor components 2 or semiconductor chips 20 illustrated in FIG. 1 may have structures that are not illustrated, for example for electrical contacting or for improving the light extraction.
  • the semiconductor device 2 may comprise reflection means, diffusion means and / or absorbents. These can be designed as a coating and / or as admixtures.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a luminous means 1 is shown in FIG.
  • the carrier 7 is formed with a ceramic, for example with aluminum oxide.
  • the carrier 7 and the semiconductor chips 20, 24 form the semiconductor component 2.
  • the semiconductor component 2 is applied to a control unit 5. About the control unit 5, the power supply of the semiconductor device 2 via the
  • Control unit 5 the power supply of the chips 20, 24 and the intensity ratio of the radiation emitted by the semiconductor chips 20, 24 radiation can be adjusted. It is also possible that the radiation is dimmable via the control unit 5.
  • the main body 4 surrounds the control unit 5 and the semiconductor device 2 ring or box-shaped.
  • the control unit 5 has an undercut 11.
  • a plate with the conversion means 3 On the side facing away from the control unit 5 side of the base body 4 is a plate with the conversion means 3.
  • a cover plate 8 is applied.
  • the cover plate 8 may be designed with a glass. The cover plate 8 can improve the mechanical properties of the luminous means 1.
  • the cover plate 8 unlike drawn, as an optical element, such as a lens or microlens, be formed and include at least one admixture about in the form of a filter or scattering means.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate the spectral properties of a luminous means 1, which may comprise, for example, at least one semiconductor component 2 or at least one semiconductor chip 20 according to FIG. 1 or is constructed approximately according to FIG.
  • FIGS. 3A to 3C relate to a luminous means 1 which has a semiconductor component 2 with only one
  • Emission wavelength LE has.
  • the emission wavelength LE see FIG. 3A, is approximately 452 nm.
  • the wavelength L in nanometers is plotted against the radiation power P, based on wavelength intervals of a width of 2 nm.
  • FIG. 3B shows the resulting spectrum after conversion by the conversion means 3.
  • a conversion wavelength LK is approximately 600 nm.
  • Radiation power P is at least 13.6% of the power P at the wavelength LK ranges from 500 nm to 730 nm.
  • the main working area H is illustrated in each case via a double arrow line. Due to the conversion of the conversion means 3, the power P at the emission wavelength LE is reduced by a factor of about 20.
  • FIG. 3C shows a detail from the standard color chart.
  • the x-axis denotes the red component, the y-axis the green component of the radiation.
  • the spectral signature shown in FIG. 3B corresponds to a color locus R of the light emitted by the luminous means 1 with the coordinates 0.43 and 0.41.
  • the color locus R is in the standard color chart on the blackbody curve 9. That is, the color locus R is metameric to the radiation of a blackbody radiator.
  • the color temperature which corresponds to the temperature of a black body whose color locus is closest to the color locus R of the luminous means 1 is approximately 3000 K. That is, the radiation emitted by the luminous means 1 has a color temperature of 3000 K.
  • the color rendering index of the luminous means 1 is 80, the efficiency is 69.5 lm / W.
  • FIG. 3D shows the radiation power P as a function of the wavelength L of the luminous means 1, which comprises a semiconductor component 2 which in operation emits light at the first wavelength L 1 and the second wavelength L 2.
  • the first wavelength L1 is 444 nm
  • the second wavelength L2 is 460 nm.
  • the radiation power P at the first wavelength L1 is higher than in the second
  • Wavelength L2 Since the wavelengths L1, L2 are comparatively close to each other, an emission band of the wavelength L2 is merely a shoulder of an emission band to recognize the wavelength Ll.
  • FIG. 3E shows the emission spectrum of the luminous means 1 after the radiation emitted by the semiconductor component 2 has passed through the conversion means 3.
  • the conversion wavelength LK is approximately 600 nm
  • the main working range H ranges from approximately 500 nm to 730 nm.
  • the conversion means 3 is mainly radiation of the first wavelength Ll converted. This changes the power ratio of the radiation at the wavelengths L1, L2 to each other. Therefore, the emission band of the second wavelength L2 can be clearly seen in FIG. 3E.
  • Wavelength L2 is outside of the main working area H and is shifted blue therefrom.
  • FIG. 3F shows the detail from the standard color chart.
  • the color locus R lies on the black body curve 9, approximately at the same coordinates as in the luminous means 1 according to FIGS. 3A to 3C.
  • the light source 1 emits warm white light.
  • the color rendering index is also at 80, the color temperature at 3000 K. However, the efficiency is increased significantly to 74.3 lm / W.
  • the semiconductor device 2 comprises semiconductor chips 20, which are based for example on the material system GaN or InGaN. _ -
  • the highest efficiency of an optoelectronic semiconductor chip based on such a material can be achieved in the spectral range between approximately 400 nm and 440 nm. That is, to achieve a high efficiency, that is
  • Emission wavelength LE or the first wavelength Ll preferably in the spectral range between 420 nm and 440 nm.
  • the human eye has the highest sensitivity in the blue spectral range at about 460 nm.
  • an optimum spectral range is about 430 nm in efficiency, an optimum spectral range in color rendering quality at about 460 nm.
  • the FWHM width of an emission band of a semiconductor chip is on the order of 20 nm to 30 nm, optimizing the efficiency and color rendering quality with a single emission wavelength LE is difficult to achieve.
  • a first wavelength L 1 and a second wavelength L 2 on the one hand, the efficiency of the luminous means 1 and, on the other hand, the color rendering quality can be increased.
  • FIG. 4A shows the radiation power P versus the wavelength L of a semiconductor chip with an emission wavelength LE of 460 nm, the spectrum obtained on the basis of the conversion means 3 with the main working range H of 500 nm to 730 nm and FIG
  • Black body curve 9 The radiation emitted by the light source 1 does not look white to the human eye, but reddish.
  • the color rendering index is 88, the color temperature is about 3000 K.
  • a semiconductor device 2 having a first wavelength Ll of 438 nm and a second wavelength L2 of 480 nm is illustrated in FIG. 4D.
  • the spectral width B is approximately 80 nm.
  • the color rendering index of the light emitted by the light source 1, see Figures 3E and 3F, is 90, the efficiency is 60.5 lm / W.
  • the color locus R lies on the black body curve 9.
  • the main working region H of the conversion means 3 with a conversion wavelength of 600 nm ranges from 500 nm to 730 nm.
  • the second wavelength L2 is blue with respect to the main working region H, ie higher frequency. It is mainly the first wavelength Ll converted by the conversion means 3 in a radiation of the conversion wavelength LK.
  • the second wavelength L2 is much more intense in the converted light than the first wavelength Ll, as compared to directly from

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Leuchtmittels (1) umfasst dieses mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (2), das im Betrieb bei mindestens einer ersten Wellenlänge (L1) und mindestens einer zweiten Wellenlänge (L2) elektromagnetische Strahlung emittiert, wobei erste Wellenlänge (L1) und zweite Wellenlänge (L2) voneinander verschieden sind und unterhalb von 500 nm, insbesondere zwischen 200 nm und 500 nm, liegen. Weiterhin umfasst das Leuchtmittel (1) mindestens ein Konversionsmittel (3), das die erste Wellenlänge (L1) mindestens teilweise in Strahlung einer anderen Frequenz konvertiert. Das vom Leuchtmittel (1) im Betrieb emittierte Strahlungsspektrum ist metamer zu einem Schwarzkörperspektrum. Durch ein solches Leuchtmittel sind die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge so wählbar, dass gleichzeitig eine hohe Farbwiedergabequalität und eine hohe Effizienz des Leuchtmittels realisierbar ist.

Description

Beschreibung
Leuchtmittel
Es wird ein Leuchtmittel angegeben.
Gegenüber thermischen Lichtquellen oder Leuchtmitteln, wie beispielsweise Glühlampen, zeichnen sich „kalte" Lichtquellen wie Leuchtdioden, Lumineszenzdioden oder Laserdioden durch einen hohen Wirkungsgrad, eine hohe Lebensdauer und eine kompakte Bauweise aus . Ein ebenso wichtiger Aspekt ist aber auch das Spektrum des von einem Leuchtmittel emittierten Lichts. Thermische Lichtquellen emittieren ein breites, nahezu kontinuierliches Spektrum elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, ähnlich dem Spektrum eines Schwarzen Körpers. Beispielsweise Leuchtdioden emittieren im sichtbaren Spektralbereichen in vergleichsweise schmalen Spektralbereichen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtmittel mit einer hohen Farbwiedergabequalität anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil. Das Halbleiterbauteil kann als Leuchtdiode oder als Laserdiode ausgestaltet sein. Das Halbleiterbauteil emittiert im Betrieb elektromagnetische Strahlung, die zumindest teilweise im Spektralbereich zwischen 340 nm und 780 nm liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels emittiert das optoelektronische Halbleiterbauteil im Betrieb bei mindestens einer ersten Wellenlänge. Unter Wellenlänge _
wird hierbei ein Spektralbereich beziehungsweise ein Wellenlängenbereich verstanden, der einer Emissionsbande etwa eines Halbleiterchips entspricht. Solche Emissionsbanden sind schmalbandig und weisen spektrale Breiten in der Größenordnung von 20 nm auf. „Breite" bezieht sich auf die volle Breite auf halber Höhe des Maximums, englisch Füll Width at Half Maximum, kurz FWHM. Unter Wellenlänge ist die spektrale Position des Maximums der Emissionsbande beziehungsweise des Wellenlängenbereichs zu verstehen. „Wellenlänge" beinhaltet im Folgenden den Spektralbereich der Emissionsbande beziehungsweise den korrespondierenden Wellenlängenbereich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels liegt die erste Wellenlänge unterhalb von 500 nm, insbesondere zwischen 300 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 400 nm und 450 nm, besonders bevorzugt zwischen 410 nm und 440 nm. Mit anderen Worten liegt die erste Wellenlänge im nahen ultravioletten oder im blauen Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels emittiert dieses Licht bei einer zweiten Wellenlänge, insbesondere im Spektralbereich zwischen 200 nm und 500 nm, bevorzugt im Spektralbereich zwischen 430 nm und 490 nm. Die erste Wellenlänge weist insbesondere höhere Frequenzen auf als die zweite Wellenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels emittiert dieses bei mindestens einer ersten und einer zweiten Wellenlänge elektromagnetische Strahlung, wobei erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge voneinander verschieden sind. Die Emissionsbanden bezüglich erster und zweiter Wellenlänge können teilweise überlappen. Erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge beziehen sich jeweils auf die spektrale Signatur der direkt vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung. Diese Strahlung ist insbesondere nicht durch ein Konversionsmittel oder einen Absorber beeinflusst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses ein Konversionsmittel. Das Konversionsmittel ist dazu ausgestaltet, mindestens Strahlung der ersten
Wellenlänge mindestens teilweise in Strahlung einer anderen Frequenz zu konvertieren. Insbesondere ist die Wellenlänge der konvertierten Strahlung größer als die erste Wellenlänge. Mit anderen Worten umfasst die konvertierte Strahlung Frequenzen, die niedriger sind als die Frequenzen im Spektralbereich der ersten Wellenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist das im Betrieb des Leuchtmittels emittierte Strahlungsspektrum metamer zu einem Schwarzkörperspektrum. Sind unterschiedliche Spektren zueinander metamer, so heißt das, dass die Spektren denselben Farbort aufweisen. Das bedeutet für das Leuchtmittel also, dass das Strahlungsspektrum eine Zusammensetzung beziehungsweise einen Verlauf aufweist, so dass der vom menschlichen Auge wahrgenommene Sinneseindruck dieses StrahlungsSpektrums dem eines Schwarzkörperspektrums entspricht. Mit anderen Worten bildet das Leuchtmittel für das menschliche Auge also einen Strahler in Form eines idealen Schwarzen Körper im thermischen Gleichgewicht. Das Leuchtmittel ist bevorzugt so gestaltet, dass die im Betrieb emittierte Strahlung als weißes Licht, insbesondere als warmweißes Licht, wahrgenommen wird. Metamer zu einem Schwarzkörperspektrum bedeutet auch, dass der mittlere Abstand des Farbpunkts der vom Leuchtmittel emittierten Strahlung zur Schwarzkörperkurve in der Normfarbtafel kleiner oder gleich 0,07 ist, im Rahmen der Herstellung- und Messgenauigkeit. Bevorzugt ist der Abstand kleiner oder gleich 0,05, insbesondere kleiner oder gleich 0,025. Der Abstand ist hierbei definiert als die Wurzel über der Summe aus dem Quadrat der x-Abweichung und der y- Abweichung.
In mindestens einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das im Betrieb bei mindestens einer ersten Wellenlänge und mindestens einer zweiten Wellenlänge elektromagnetische Strahlung emittiert, wobei erste Wellenlänge und zweite Wellenlänge voneinander verschieden sind und unterhalb von 500 nm, insbesondere zwischen 300 nm und 500 nm, liegen. Weiterhin umfasst das Leuchtmittel mindestens ein Konversionsmittel, das die erste Wellenlänge mindestens teilweise in Strahlung einer anderen Frequenz konvertiert. Das vom Leuchtmittel im Betrieb emittierte Strahlungsspektrum ist metamer zu einem Schwarzkörperspektrum.
Durch ein solches Leuchtmittel sind die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge so wählbar, dass gleichzeitig eine hohe Farbwiedergabequalität und eine hohe Effizienz des Leuchtmittels realisierbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels weist das Halbleiterbauteil mindestens einen im Betrieb bei der ersten Wellenlänge emittierenden Halbleiterchip und mindestens einen bei der zweiten Wellenlänge emittierenden Halbleiterchip auf . Das Verhältnis zwischen der Strahlungsleistung bei der ersten Wellenlänge und bei der zweiten Wellenlänge lässt sich beispielsweise über eine unterschiedliche Bestromung der beiden Halbleiterchips gezielt einstellen. Es ist möglich, dass die mindestens zwei Halbleiterchips unabhängig voneinander betrieben und/oder angesteuert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen
Halbleiterchip, der im Betrieb sowohl Strahlung der ersten Wellenlänge als auch Strahlung der zweiten Wellenlänge emittiert. Mit anderen Worten kann ein einziger Halbleiterchip ausreichen, um die erste Wellenlänge und sowohl die zweite Wellenlänge zu erzeugen. Ein solcher Halbleiterchip ist beispielsweise in der Druckschrift US 2005/0266588 Al angegeben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips und des dort beschriebenen Herstellungsverfahrens für einen solchen Halbleiterchip durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Über einen solchen Halbleiterchip ist ein kompaktes Halbleiterbauteil und somit ein Platz sparendes Leuchtmittel realisierbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen Halbleiterchip, der eine aktive Zone mit mindestens einem ersten Teil und mit mindestens einem zweiten Teil aufweist. Erster und zweiter Teil sind vertikal, das heißt senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Zone, bevorzugt übereinander angeordnet. Zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil befindet sich insbesondere kein Tunnelkontakt. Im Betrieb wird im ersten Teil der aktiven Zone Strahlung der - -
ersten Wellenlänge, und im zweiten Teil der aktiven Zone Strahlung der zweiten Wellenlänge erzeugt. In den beiden Teilen der aktiven Zone befinden sich, beispielsweise unterschiedlich ausgestaltete Quantentröge , die im Betrieb Licht bei verschiedenen Wellenlängen emittieren. Ein derartiger Halbleiterchip ist in der Druckschrift WO 2007/140738 Al angegeben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Ein Halbleiterbauteil mit einem solchen Halbleiterchip ist kompakt aufgebaut. Das
Leuchtmittel weist durch ein solches Halbleiterbauteil eine hohe Effizienz auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses ein Halbleiterbauteil mit mindestens einem Halbleiterchip mit einer aktiven Zone, die im Betrieb Strahlung der ersten Wellenlänge emittiert. In einer Hauptabstrahlrichtung gesehen ist der aktiven Zone eine Lumineszenzstruktur nachgeordnet, die einen Teil der ersten Wellenlänge absorbiert und bei der zweiten Wellenlänge reemittiert. Aktive Zone und Lumineszenzstruktur basieren bevorzugt auf demselben Halbleitermaterial, auf dem insbesondere auch das gesamte Halbleiterbauteil basiert. Beispielsweise basieren aktive Zone und Lumineszenzstruktur auf dem InGaN- oder GaN-Materialsystem. Ein derartiger
Halbleiterchip ist in der Druckschrift DE 10 2004 052 245 Al angegeben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des dort beschriebenen Halbleiterchips durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Durch die Verwendung solcher Halbleiterchips ist eine kompakte, effiziente Anordnung für ein Leuchtmittel zu erzielen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist dem gesamten Halbleiterbauteil ein Konversionsmittel nachgeordnet. Das bedeutet, die Strahlung aller Halbleiterchips durchläuft, mindestens zum Teil, das Konversionsmittel . Insbesondere durchläuft im Wesentlichen die gesamte vom Halbleiterbauteil emittierte Strahlung das Konversionsmittel. „Im Wesentlichen" kann bedeuten, dass mehr als 80 %, bevorzugt mehr als 95 % der vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung das Konversionsmittel durchlaufen. Ein solches Leuchtmittel ist einfach und kompakt aufgebaut und weist eine hohe Konversionseffizienz auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels sind erste und zweite Wellenlänge mindestens 10 nm spektral voneinander beabstandet. Bevorzugt beträgt der spektrale Abstand mindestens 15 nm, insbesondere mindestens 20 nm. Durch einen großen spektralen Abstand von erster Wellenlänge und zweiter Wellenlänge zueinander kann beispielsweise die Absorption einer der Wellenlängen durch ein Medium, insbesondere durch das Konversionsmittel, gezielt eingestellt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels beträgt eine spektrale Breite der vom Halbleiterbauteil emittierten Strahlung mindestens 50 nm. Bevorzugt beträgt die spektrale Breite mindestens 65 nm. Die spektrale Breite ist hierbei so definiert, dass diese ein zusammenhängender Spektralbereich ist. Die Grenzen dieses Bereichs der spektralen Breite sind dadurch definiert, dass die Strahlungsintensität bei den Grenzen auf zirka 13,6 % eines
Maximalwerts der Intensität innerhalb dieses Bereichs abgefallen ist. Die Grenze entspricht also der Maximalintensität geteilt durch e2, wobei e die eulersche Zahl darstellt, und e ungefähr 2,71 ist. „Zusammenhängend" bedeutet, dass die Intensität innerhalb des Bereichs der spektralen Breite nicht unter den Wert der Grenzen fällt. Unter Intensität ist beispielsweise die spektrale Intensitätsdichte, oder auch die Leistungsdichte der Strahlung, zu verstehen. Die Intensität beziehungsweise Leistung wird also beispielsweise in 1 nm oder 2 nm Intervallen gemessen. Die Intervalle sind mindestens um einen Faktor 20 kleiner zu wählen als die spektrale Breite . Eine große spektrale Breite des vom Halbleiterbauteil emittierten Lichts kann die Farbwiedergabequalität des Leuchtmittels erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels beträgt ein Farbwiedergabeindex Ra des Leuchtmittels mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, insbesondere mindestens 90. Der Farbwiedergabeindex, englisch Color Rendering Index oder kurz CRI, gibt an, wie groß die mittlere Farbabweichung von festgelegten Testfarbfeldern bei
Beleuchtung bei der zu charakterisierenden Lichtquelle, also dem Leuchtmittel, im Vergleich zur Beleuchtung mit einer definierten Standardlichtquelle ist. Der maximale Farbwiedergabeindex beträgt 100 und entspricht einer Lichtquelle, bei der keine Farbabweichungen auftreten. Ra bedeutet, dass acht Testfarben, insbesondere die ersten acht Testfarben, zur Ermittlung des CRI verwendet werden. Weitere Angaben zur Messung und Festlegung des Farbwiedergabeindex finden sich in der Druckschrift DE 10 2004 047 763 Al, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug mit aufgenommen wird. Ein Farbwiedergabeindex von mindestens 80 gewährleistet eine hohe Farbwiedergabequalität des Leuchtmittels. Alternativ kann die Farbwiedergabequalität auch über einen anderen Index angegeben sein, zum Beispiel über die Color Quality Scale, kurz CQS. Die Werte eines anderen Index sind dann in entsprechende CRI-Werte umzurechnen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels beträgt dessen Effizienz mindestens 60 Im/W, bevorzugt mindestens 70 lm/W. Dies ist ermöglicht durch die erste Wellenlänge, die in dem Spektralbereich liegt, in der das Halbleiterbauteil maximale Effizienz aufweist. Ein solches Leuchtmittel weist, bezüglich der Umwandlung von elektrischer in Strahlungsenergie, einen hohen Wirkungsgrad auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels liegt dessen Farbtemperatur zwischen einschließlich 2500 K und 6500 K, bevorzugt zwischen einschließlich 2700 K und 4000 K, insbesondere zwischen einschließlich 2900 K und 3400 K. Die Farbtemperatur ist diejenige Temperatur eines schwarzen Strahlers, dessen Farbort dem Farbort der zu charakterisierenden Strahlung, also der Strahlung des Leuchtmittels, am nächsten kommt. Diese ähnlichste
Farbtemperatur wird auch als Correlated Color Temperature, kurz CCT, bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels konvertiert das Konversionsmittel Licht der ersten
Wellenlänge wenigstens 50 %, insbesondere wenigstens zu 95 % und Licht der zweiten Wellenlänge höchstens zu 90 % in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge. Das heißt, nach Transmission durch das Konversionsmittel liegt im Spektralbereich der ersten Wellenlänge höchstens 5 % der
Intensität beziehungsweise Leistung der ersten Wellenlänge vor, bezogen auf die Intensität beziehungsweise Leistung in diesem Spektralbereich vor Durchgang durch das _
Konversionsmittel. Für die zweite Wellenlänge liegt dieser Wert bei mindestens 10 %. Mit anderen Worten wird die erste Wellenlänge vom Konversionsmittel in höherem Umfang konvertiert als die zweite Wellenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels beträgt der Unterschied in der Konversion von erster Wellenlänge und zweiter Wellenlänge durch das Konversionsmittel mindestens 5 Prozentpunkte, insbesondere mindestens 10 Prozentpunkte, wobei die zweite Wellenlänge zu einem geringeren Anteil konvertiert wird. Wird mit anderen Worten ein Anteil von X % der ersten Wellenlänge vom Konversionsmittel in eine andere Wellenlänge konvertiert, so beträgt der entsprechende Anteil der zweiten Wellenlänge höchstens (X - 5) %, insbesondere höchstens (X - 10) %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels wird die zweite Wellenlänge vom Konversionsmittel im Wesentlichen nicht konvertiert, das heißt mindestens 75 % der Strahlungsleistung bei der zweiten Wellenlänge werden vom Konversionsmittel durchgelassen. Die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge sind also so auf die Absorption des Konversionsmittels abgestimmt, dass hauptsächlich die erste Wellenlänge konvertiert wird. Dies erlaubt es, über die spektrale Position der zweiten Wellenlänge eine hohe
Farbwiedergabequalität des Leuchtmittels zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels liegt die erste Wellenlänge um 430 nm und die zweite Wellenlänge um 470 nm. Das bedeutet, der Spektralbereich der ersten
Wellenlänge umfasst 430 nm und der Spektralbereich der zweiten Wellenlänge umfasst 470 nm, insbesondere jeweils plus/minus 10 nm, oder die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge weisen eine maximale Intensität in den genannten Spektralbereichen auf . Bevorzugt beträgt der spektrale Abstand zwischen erster Wellenlänge und 430 nm weniger als eine spektrale Breite, kurz FWHM, insbesondere weniger als ein Drittel der spektralen Breite, kurz FWHM. Entsprechendes gilt ebenso bevorzugt für die zweite Wellenlänge. Durch eine derart gewählte erste und zweite Wellenlänge ist eine hohe Effizienz und eine hohe Farbwiedergabequalität des Leuchtmittels realisierbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen Halbleiterchip, der im Betrieb Licht mit einer dritten Wellenlänge von mindestens 600 nm emittiert. Die Strahlung dieses Halbleiterchips liegt insbesondere im roten
Spektralbereich, insbesondere zwischen 600 nm und 780 nm, bevorzugt zwischen 600 nm und 630 nm. Für die dritte Wellenlänge gilt die entsprechende Definition wie für die erste und die zweite Wellenlänge. Das heißt, mit dritter Wellenlänge ist der Spektralbereich bezeichnet, der der entsprechenden Emissionsbande des Halbleiterchips entspricht. Die dritte Wellenlänge bezeichnet das Maximum dieser Emissionsbande. Die FWHM-Breite der dritten Wellenlänge ist bevorzugt mindestens 20 nm, insbesondere mindestens 30 nm. Über die Verwendung eines Halbleiterchips, der im roten
Spektralbereich emittiert, kann die Farbwiedergabequalität im langwelligen Spektralbereich verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels umfasst dieses eine Regeleinheit, über die das
Intensitätsverhältnis zwischen erster Wellenlänge und zweiter Wellenlänge einstellbar ist. Die Regeleinheit kann in Form einer oder mehrerer elektrischer Widerstände ausgestaltet sein, über die die Bestromung beispielsweise eines ersten, bei der ersten Wellenlänge emittierende Halbleiterchips und eines zweiten, bei der zweiten Wellenlänge emittierenden Halbleiterchips bestimmt ist. Umfasst die Regeleinheit solche Widerstände, so können diese fest eingestellt sein oder auch regelbar sein. Sind die Widerstände fest eingestellt, so geschieht dies bevorzugt im Rahmen der Herstellung des Leuchtmittels . Sind die Widerstände variabel eingestellt beziehungsweise einstellbar, beispielsweise in Form eines Potentiometers, so kann auch während des Betriebs des Leuchtmittels beispielsweise dessen Farbtemperatur eingestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels liegt die zweite Wellenlänge bei einer kleineren Wellenlänge als ein Hauptarbeitsbereich des Konversionsmittels . Mit Hauptarbeitsbereich des Konversionsmittels ist derjenige Spektralbereich bezeichnet, in dem die intensivste Emissionsbande des Konversionsmittels liegt. Der Hauptarbeitsbereich ist ein kontinuierlicher Spektralbereich. Die Grenzen des Hauptarbeitsbereichs weisen eine Intensität auf, die zirka 13,6 % der maximalen Intensität des Hauptarbeitsbereichs entspricht . Innerhalb des Hauptarbeitsbereichs sinkt die Intensität nicht unter die Intensität an den Grenzen. Liegt die zweite Wellenlänge außerhalb des Hauptarbeitsbereichs, so wird der Spektralbereich des vom Leuchtmittel emittierten Lichts effektiv vergrößert. Dies erhöht die Farbwiedergabequalität des Leuchtmittels .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels enthält das Konversionsmittel zumindest einen anorganischen, Cer- oder Yttrium-haltigen Feststoff. Das Konversionsmittel - -
kann eine Mischung mehrerer verschiedener Stoffe sein. Das Konversionsmittel kann in mehreren Schichten mit einer unterschiedlichen Materialzusammensetzung, auch strukturiert, aufgebracht sein. Über ein Konversionsmittel, das mehrere verschiedene Stoffe aufweist, kann ein spektral breiter
Hauptarbeitsbereich und eine gute Farbwiedergabequalität des Leuchtmittels erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels enthält das Konversionsmittel zwei anorganische Leuchtstoffe, insbesondere genau zwei anorganische Leuchtstoffe. Einer der Leuchtstoffe, Leuchtstoff A, emittiert im gelben oder grünen Spektralbereich. Der andere Leuchtstoff, Leuchtstoff B, emittiert im roten Spektralbereich. Bevorzugt liegt eine Dominanzwellenlänge der Emission von Leuchtstoff A zwischen einschließlich 540 nm und 580 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 550 nm und 575 nm. Die Dominanzwellenlänge der Emission von Leuchtstoff B liegt bevorzugt zwischen einschließlich 590 nm und 615 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 595 nm und 610 nm. Die Dominanzwellenlänge ist hierbei insbesondere diejenige Wellenlänge, bei der der Leuchtstoff maximale Emission zeigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels liegt ein Absorptionsmaximum des Leuchtstoffs A zwischen einschließlich 420 nm und 480 nm, während der Leuchtstoff B bevorzugt einen zu kürzeren Wellenlängen hin monoton steigenden Absorptionsgrad aufweist. Es ist nicht notwendig, dass der Absorptionsgrad des Leuchtstoffs B ein eng eingrenzbares Optimum oder Maximum aufweist. Die Emission von Leuchtstoff A und die Absorption von Leuchtstoff B können dabei so aufeinander abgestimmt sein, dass eine Reabsorptionswahrscheinlichkeit minimiert ist. Mit anderen Worten wird etwa vom Leuchtstoff A emittierte Strahlung vom Leuchtstoff B nicht oder nur vernachlässigbar wenig absorbiert, und entsprechend umgekehrt. Darüber hinaus können das Absorptionsmaximum des Leuchtstoffs A und die beiden vom mindestens einen Halbleiterchip emittierten Wellenlängen so aufeinander abgestimmt sein, dass sich ein besonders günstiges Spektrum hinsichtlich der gleichzeitigen Optimierung der Parameter Farbwiedergabe und Effizienz ergibt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels ist der Leuchtstoff A ein Cer-dotiertes Derivat des Leuchtstoffs Yttrium-Aluminium-Granat , kurz YAG, mit der allgemeinen Summenformel (Y, Gd, Lu)3 (Al, Ga)5 O12 : Ce3+. Bei dem
Leuchtstoff B kann es sich beispielsweise um ein Eu-dotiertes Nitrid mit der allgemeinen Summenformel (Ca, Sr, Ba) Al Si N3 : Eu2+ oder alternativ um (Ca, Sr, Ba)2 Si2 N5 : Eu2+ handeln.
Dadurch, dass das Leuchtmittel ein Halbleiterbauteil aufweist, das bei zwei verschiedenen Wellenlängen emittiert, kann eine vorgegebene Farbwiedergabequalität bereits mit weniger verschiedenen Leuchtstoffen erzielt werden. Es kann sich also die Anzahl an einzusetzenden Leuchtstoffen verringern. Hierdurch kann sich andererseits auch die Effizienz des Leuchtmittels erhöhen, da eine Reabsorption von konvertierter Strahlung verringert beziehungsweise vermieden werden kann. Insbesondere bei Verwendung einer Mehrzahl von verschieden Leuchtstoffen kann die Reabsorption durch die verschiedenen Leuchtstoffe die Effizienz des Leuchtmittels herabsetzen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels liegt die erste Wellenlänge um 430 nm und die zweite Wellenlänge um 470 nm liegt, mit einer Toleranz von jeweils 10 nm. Das Konversionsmittel konvertiert die erste Wellenlänge zu einem Anteil, der um mindestens 5 Prozentpunkte größer ist als ein entsprechender Anteil der zweiten Wellenlänge in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge, wobei die zweite Wellenlänge bei kleineren Wellenlängen liegt als der
Hauptarbeitsbereich des Konversionsmittels.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmittels durchläuft sowohl die Strahlung mit der ersten Wellenlänge als auch die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge das Konversionsmittel, wobei die Strahlung der ersten Wellenlänge zu wenigstens 50 % in eine Strahlung einer anderen
Wellenlänge umgewandelt wird und die Strahlung der zweiten Wellenlänge zu höchstens 90 % wellenlängenkonvertiert wird.
Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene Leuchtmittel Verwendung finden können, sind etwa die
Allgemeinbeleuchtung und die Hinterleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen. Weiterhin können die hier beschriebenen Leuchtmittel etwa in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern oder Lichtstrahlern eingesetzt werden.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Leuchtmittel unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. - -
Es zeigen :
Figur 1 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterbauteilen,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtmittels, und
Figuren 3 und 4 schematische Darstellungen von Spektrum und Farbort (C, F) der von einem Halbleiterbauteil emittierten Strahlung (A, D) sowie Spektren der Strahlung nach Durchgang durch ein Konversionsmittel (B, E) von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchtmitteln (D bis F) .
Ausführungsbeispiele von Halbleiterbauteilen 2 und Halbleiterchips 20 sowie von einem Leuchtmittel 1 sind in den Figuren 1 und 2 illustriert. Spektrale Eigenschaften sind in den Figuren 3 und 4 näher erläutert.
In Figur IA ist eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauteils 2, das in einem Leuchtmittel 1 eingesetzt werden kann, dargestellt. Ein Grundkörper 4, der beispielsweise über ein Spritz- oder Druckgießverfahren herstellbar ist, weist eine Ausnehmung 10 auf. In der Ausnehmung 10 sind zwei Halbleiterchips 20a, 20b angebracht. Der Halbleiterchip 20a emittiert eine erste Strahlung mit einer ersten Wellenlänge Ll, der Halbleiterchip 20b eine zweite Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge L2. An einer den Halbleiterchips 20a, 20b abgewandten Seite der Ausnehmung 10 ist ein Konversionsmittel 3 in Form einer - -
Platte beziehungsweise Scheibe angebracht. Vom Grundkörper 4 und dem Konversionsmittel 3 ist ein Hohlraum 6 gebildet.
Das Konversionsmittel 3 ist von den Halbleiterchips 20a, 20b beabstandet. Durch den Abstand zwischen Konversionsmittel 3 und Halbleiterchips 20a, 20b ist ein Mischen einer von den Halbleiterchips 20a, 20b emittierten Strahlung bis zum Verlassen des Konversionsmittels 3 möglich.
Gemäß Figur IA weisen die beiden Halbleiterchips 20a, 20b eine aktive Zone 21 auf, in der im Betrieb die Strahlung erzeugt wird. Die beiden Halbleiterchips 20a, 20b emittieren in den aktiven Bereichen 21 also Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Die für die Beschreibung des Ausführungsbeispiels nicht wesentlichen Bestandteile des Halbleiterbauteils 2, wie elektrische Kontaktierungen, sind in Figur IA und den weiteren Figuren nicht gezeichnet .
In Figur IB ist ein Halbleiterchip 20 dargestellt. Der Halbleiterchip 20 umfasst zwei aktive Bereiche 21a, 21b. Der aktive Bereich 21a ist dazu ausgestaltet, im Betrieb des Halbleiterchips 20 Strahlung mit der ersten Wellenlänge Ll zu emittieren. Im aktiven Bereich 21b wird Strahlung der zweiten Wellenlänge L2 generiert. An einer der aktiven Zone 21a abgewandten Seite des Halbleiterchips 20 ist eine Schicht mit dem Konversionsmittel 3 aufgebracht. Der Halbleiterchip 20 umfasst also zwei aktive Zonen 21a, 21b, die bei verschiedenen Wellenlängen Ll, L2 emittieren. Somit emittiert der Halbleiterchip 20 im Betrieb bei verschiedenen Wellenlängen Ll, L2. — Io —
In Figur IC ist ein Halbleiterchip 20 mit einer einzigen aktiven Zone 21 illustriert. Bezüglich, der Ausdehnung der aktiven Zone 21 in einer vertikalen Richtung V befindet sich ein erster Teil 23über einem zweiten Teil 23. Der erste Teil 22 umfasst beispielsweise anders gestaltete Quantentröge als der Teil 23. Es können der erste Teil 22 und der zweite Teil 23 zum Beispiel jeweils drei Lagen an Quantentrögen aufweisen, wobei die Lagen sich im Wesentlichen senkrecht zur vertikalen Richtung V erstrecken. Erster Teil 22 und zweiter Teil 23 sind durch keinen Tunnelübergang miteinander verbunden. Im ersten Teil 22 der aktiven Zone wird im Betrieb Strahlung der ersten Wellenlänge Ll, im zweiten Teil 23 Strahlung der zweiten Wellenlänge L2 erzeugt. Erster Teil 22 und zweiter Teil 23 weisen beispielsweise unterschiedliche Dotierungen auf. Mit anderen Worten umfasst der
Halbleiterchip 20 nur eine einzige aktive Zone, in der erste Wellenlänge Ll und zweite Wellenlänge L2 im Betrieb erzeugt werden .
An einer HauptSeite 12 des Halbleiterchips 20 ist das
Konversionsmittel 3 als Schicht aufgebracht. Die Schicht mit dem Konversionsmittel 3 ist strukturiert. Das heißt, in einer Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Zone 21, ist die Dicke des Konversionsmittels 3 in Randbereichen 14 geringer als in einem Zentralbereich 13 über dem ersten Teil 22 der aktiven Zone 21.
In Figur ID ist ein Halbleiterbauteil 2 mit einem Halbleiterchip 20 gezeichnet, der eine aktive Zone 21 und eine LumineszenzStruktur 25 aufweist. In der aktiven Zone 21 wird im Betrieb Strahlung der ersten Wellenlänge Ll erzeugt . Diese wird in der Lumineszenzstruktur 25 zum Teil in eine Strahlung der zweiten Wellenlänge L2 umgewandelt. Strahlung, - ±y -
die den Halbleiterchip 20 verlässt, gelangt zum Konversionsmittel 3, das sich in der Ausnehmung 10 befindet. Die Ausnehmung 10 ist vom Grundkörper 4 gebildet. Der Halbleiterchip 20 befindet sich ebenfalls in der Ausnehmung 10.
Die in der Figur 1 dargestellten Halbleiterbauteile 2 beziehungsweise Halbleiterchips 20 können nicht gezeichnete Strukturen etwa zur elektrischen Kontaktierung oder zur Verbesserung der Lichtauskopplung aufweisen. Ebenso kann das Halbleiterbauteil 2 Reflexionsmittel, Diffusionsmittel und/oder Absorptionsmittel aufweisen. Diese können als Beschichtung und/oder als Beimengungen ausgeführt sein.
Ein Ausführungsbeispiel eines Leuchtmittels 1 ist in Figur 2 dargestellt. Ein Halbleiterchip 20, beispielsweise gemäß Figur IB oder IC, und ein weiterer Halbleiterchip 24, der im Betrieb bei einer dritten Wellenlänge im roten Spektralbereich Strahlung emittiert, sind auf einem Träger 7 angebracht. Der Träger 7 ist mit einer Keramik, beispielsweise mit Aluminiumoxid, gebildet. Der Träger 7 sowie die Halbleiterchips 20, 24 bilden das Halbleiterbauteil 2. Das Halbleiterbauteil 2 ist auf einer Regeleinheit 5 aufgebracht. Über die Regeleinheit 5 erfolgt die Stromversorgung des Halbleiterbauteils 2. Über die
Regeleinheit 5 kann die Stromversorgung der Chips 20, 24 und das Intensitätsverhältnis der von den Halbleiterchips 20, 24 emittierten Strahlung eingestellt werden. Ebenso ist es möglich, dass über die Regeleinheit 5 die Strahlung dimmbar ist.
Der Grundkörper 4 umgibt die Regeleinheit 5 und das Halbleiterbauteil 2 ring- oder kastenförmig. Zur Verbesserung - -
der mechanischen Verbindung zwischen Grundkörper 4 und Regeleinheit 5 weist die Regeleinheit 5 eine Hinterschneidung 11 auf. An der der Regeleinheit 5 abgewandten Seite des Grundkörpers 4 befindet sich eine Platte mit dem Konversionsmittel 3. An der dem Halbleiterbauteil 2 abgewandten Seite des Konversionsmittel 3 ist eine Abdeckplatte 8 aufgebracht . Die Abdeckplatte 8 kann mit einem Glas gestaltet sein. Durch die Abdeckplatte 8 können sich die mechanischen Eigenschaften des Leuchtmittels 1 verbessern.
Ebenso kann die Abdeckplatte 8, anders als gezeichnet, als optisches Element, wie eine Linse oder Mikrolinse, geformt sein und mindestens eine Beimengung etwa in Form eines Filter- oder Streumittels beinhalten.
In den Figuren 3 und 4 sind die spektralen Eigenschaften eines Leuchtmittels 1 veranschaulicht, das zum Beispiel mindestens ein Halbleiterbauteil 2 beziehungsweise mindestens einen Halbleiterchip 20 gemäß Figur 1 aufweisen kann oder etwa gemäß Figur 2 aufgebaut ist.
Die Figuren 3A bis 3C beziehen sich auf ein Leuchtmittel 1, das ein Halbleiterbauteil 2 mit nur einer
Emissionswellenlänge LE aufweist. Die Emissionswellenlänge LE, siehe Figur 3A, liegt bei zirka 452 nm. Aufgetragen ist hierbei die Wellenlänge L in Nanometer gegenüber der Strahlungsleistung P, bezogen auf Wellenlängenintervalle einer Breite von 2 nm.
In Figur 3B ist das resultierende Spektrum nach Konversion durch das Konversionsmittel 3 gezeigt. Eine Konversionswellenlänge LK liegt bei zirka 600 nm. Ein Hauptarbeitsbereich H des Konversionsmittels 3, in dem die - 2 -
Strahlungsleistung P mindestens 13,6 % der Leistung P bei der Wellenlänge LK beträgt, reicht von 500 nm bis 730 nm. In den Figuren 3B, 3E, 4B, 4E ist der Hauptarbeitsbereich H jeweils über eine Doppelpfeillinie veranschaulicht. Aufgrund der Konversion des Konversionsmittels 3 ist die Leistung P bei der Emissionswellenlänge LE um etwa einen Faktor 20 verringert .
In Figur 3C ist ein Ausschnitt aus der Normfarbtafel dargestellt. Die x-Achse bezeichnet den Rotanteil, die y- Achse den Grünanteil der Strahlung. Die in Figur 3B dargestellte spektrale Signatur entspricht einem Farbort R des vom Leuchtmittel 1 emittierten Lichts mit den Koordinaten 0,43 und 0,41. Der Farbort R liegt in der Normfarbtafel auf der Schwarzkörperkurve 9. Das heißt, der Farbort R ist metamer zu der Strahlung eines schwarzen Strahlers . Die Farbtemperatur, die der Temperatur eines schwarzen Strahlers entspricht, dessen Farbort dem Farbort R des Leuchtmittels 1 am nächsten kommt, ist zirka 3000 K. Das heißt, die vom Leuchtmittel 1 emittierte Strahlung hat eine Farbtemperatur von 3000 K. Der Farbwiedergabeindex des Leuchtmittels 1 beträgt 80, die Effizienz liegt bei 69,5 lm/W.
In Figur 3D ist die Strahlungsleistung P in Abhängigkeit von der Wellenlänge L des Leuchtmittels 1 dargestellt, das ein Halbleiterbauteil 2 umfasst, das im Betrieb Licht bei der ersten Wellenlänge Ll und der zweiten Wellenlänge L2 emittiert. Die erste Wellenlänge Ll liegt bei 444 nm, die zweite Wellenlänge L2 bei 460 nm. Die Strahlungsleistung P bei der ersten Wellenlänge Ll ist höher als bei der zweiten
Wellenlänge L2. Da die Wellenlängen Ll, L2 vergleichsweise nahe beieinander liegen, ist eine Emissionsbande der Wellenlänge L2 lediglich als Schulter einer Emissionsbande der Wellenlänge Ll zu erkennen. Eine spektrale Breite B der vom Halbleiterbauteil 2 im Betrieb emittierten Strahlung, symbolisiert durch eine Doppelpfeillinie, beträgt zirka 55 nm.
In Figur 3E ist das Emissionsspektrum des Leuchtmittels 1 nach Durchgang der vom Halbleiterbauteil 2 emittierten Strahlung durch das Konversionsmittel 3 gezeigt. Die Konversionswellenlänge LK liegt bei zirka 600 nm, der Hauptarbeitsbereich H reicht von etwa 500 nm bis 730 nm.
Durch das Konversionsmittel 3 wird hauptsächlich Strahlung der ersten Wellenlänge Ll konvertiert. Hierdurch ändert sich das Leistungsverhältnis der Strahlung bei den Wellenlängen Ll, L2 zueinander. Daher ist in Figur 3E die Emissionsbande der zweiten Wellenlänge L2 deutlich zu erkennen. Die zweite
Wellenlänge L2 liegt außerhalb des Hauptarbeitsbereichs H und ist zu diesem blau verschoben.
In Figur 3F ist der Ausschnitt aus der Normfarbtafel dargestellt. Der Farbort R liegt auf der Schwarzkörperkurve 9, in etwa bei denselben Koordinaten wie beim Leuchtmittel 1 gemäß den Figuren 3A bis 3C. Das Leuchtmittel 1 emittiert warmweißes Licht. Der Farbwiedergabeindex liegt ebenfalls bei 80, die Farbtemperatur bei 3000 K. Die Effizienz ist allerdings deutlich auf 74,3 lm/W gesteigert.
Der Effizienzsteigerung des Leuchtmittels 1 gemäß den Figuren 3D bis 3F bei gleichem Farbort R und bei mindestens gleichem Farbwiedergabeindex wie in den Figuren 3A bis 3C liegt unter anderem folgende Erkenntnis zugrunde:
Das Halbleiterbauteil 2 umfasst Halbleiterchips 20, die zum Beispiel auf dem Materialsystem GaN oder InGaN basieren. _ -
Aufgrund der Materialeigenschaften von GaN beziehungsweise InGaN ist der höchste Wirkungsgrad eines optoelektronischen Halbleiterchips, der auf einem solchen Material basiert, im Spektralbereich zwischen zirka 400 nm und 440 nm erzielbar. Das heißt, um eine hohe Effizienz zu erreichen, liegt die
Emissionswellenlänge LE beziehungsweise die erste Wellenlänge Ll bevorzugt im Spektralbereich zwischen 420 nm und 440 nm. Das menschliche Auge weist im blauen Spektralbereich die höchste Empfindlichkeit bei zirka 460 nm auf. Um einen hohen Farbwiedergabeindex zu erzielen, ist es daher erwünscht, das Halbleiterbauteil 2 beziehungsweise einen Halbleiterchip 20 bei Wellenlängen um 460 nm zu betreiben. Mit anderen Worten liegt ein optimaler Spektralbereich bezüglich der Effizienz um zirka 430 nm, ein optimaler Spektralbereich bezüglich der Farbwiedergabequalität bei zirka 460 nm.
Da die FWHM-Breite einer Emissionsbande eines Halbleiterchips in der Größenordnung zwischen 20 nm und 30 nm liegt, ist mit einer einzigen Emissionswellenlänge LE eine Optimierung bezüglich Effizienz und Farbwiedergabequalität nur schwer zu erzielen. Durch die Verwendung einer ersten Wellenlänge Ll und einer zweiten Wellenlänge L2 kann also einerseits die Effizienz des Leuchtmittels 1 und andererseits die Farbwiedergabequalität gesteigert werden.
In Figur 4A ist die Strahlungsleistung P gegenüber der Wellenlänge L eines Halbleiterchips mit einer Emissionswellenlänge LE von 460 nm dargestellt, das aufgrund des Konversionsmittels 3 erzielte Spektrum mit dem Hauptarbeitsbereich H von 500 nm bis 730 nm und der
Konversionswellenlänge KL von 600 nm ist in Figur 4B gezeigt. Der entsprechende Ausschnitt aus der Normfarbtafel ist in Figur 4C gezeichnet. Der Farbort R liegt nicht auf der _ -
Schwarzkörperkurve 9. Die vom Leuchtmittel 1 emittierte Strahlung wirkt für das menschliche Auge nicht weiß, sondern rötlich. Der Farbwiedergabeindex beträgt 88, die Farbtemperatur zirka 3000 K.
Ein Halbleiterbauteil 2 mit einer ersten Wellenlänge Ll von 438 nm und einer zweiten Wellenlänge L2 von 480 nm ist in Figur 4D illustriert. Die spektrale Breite B beträgt zirka 80 nm. Der Farbwiedergabeindex des vom Leuchtmittel 1 emittierten Lichts, siehe Figuren 3E und 3F, beträgt 90, die Effizienz liegt bei 60,5 lm/W. Der Farbort R liegt auf der Schwarzkörperkurve 9. Der Hauptarbeitsbereich H des Konversionsmittels 3 mit einer Konversionswellenlänge von 600 nm reicht von 500 nm bis 730 nm. Die zweite Wellenlänge L2 ist bezüglich dem Hauptarbeitsbereich H blau verschoben, also höher frequenter. Es ist hauptsächlich die erste Wellenlänge Ll vom Konversionsmittel 3 in eine Strahlung der Konversionswellenlänge LK umgewandelt. Die zweite Wellenlänge L2 ist beim konvertierten Licht deutlich intensiver als die erste Wellenlänge Ll, im Vergleich zur direkt vom
Halbleiterbauteil 2 emittierten Strahlung gemäß Figur 4D.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2008 050 643.5, deren Offenbarungsgehalt - -
hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

- -Patentansprüche
1. Leuchtmittel (1) mit
- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (2) , das im Betrieb bei mindestens einer ersten
Wellenlänge (Ll) und mindesten einer zweiten Wellenlänge (L2) elektromagnetische Strahlung emittiert, wobei erste (Ll) und zweite Wellenlänge (L2) voneinander verschiedenen sind und unterhalb von 500 nm liegen, und
- mindestens einem Konversionsmittel (3) , das die erste Wellenlänge (Ll) mindestens teilweise in Strahlung einer anderen Frequenz konvertiert, so dass ein vom Leuchtmittel (1) im Betrieb emittiertes Strahlungsspektrum metamer zu einem Schwarzkörperspektrum ist.
2. Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1, bei dem das Halbleiterbauteil (2) mindestens einen bei der ersten Wellenlänge (Ll) emittierenden Halbleiterchip (20a) und mindestens einen bei der zweiten Wellenlänge (L2) emittierenden Halbleiterchip (20b) umfasst.
3. Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Halbleiterbauteil (2) mindestens einen Halbleiterchip (20) umfasst, der zumindest zwei aktive Bereiche (21a, 21b) beinhaltet, und bei dem wenigstens ein erster der aktiven Bereiche (21a, 21b) dazu eingerichtet ist, im Betrieb Strahlung der ersten Wellenlänge (Ll) zu emittieren, und bei dem zumindest ein zweiter der aktiven Bereiche (21a, 21b) dazu eingerichtet ist, im Betrieb Strahlung der zweiten Wellenlänge (L2) zu emittieren.
4. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Halbleiterbauteil (2) mindestens einen Halbleiterchip (20) mit einer aktive Zone (21) mit einem ersten Teil (22) und einem zweiten Teil (23) aufweist, wobei im Betrieb der erste Teil (22) Strahlung der ersten Wellenlänge (Ll) und der zweite Teil (23) Strahlung der zweiten Wellenlänge (L2) emittiert .
5. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem erste (Ll) und zweite Wellenlänge (L2) spektral mindestens 10 nm voneinander beabstandet sind.
6. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine spektrale Breite (B) der vom Halbleiterbauteil (2) emittierten Strahlung mindestens 50 nm beträgt.
7. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dessen Farbwiedergabeindex Ra mindestens 80 beträgt.
8. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dessen Effizienz mindestens 60 lm/W beträgt.
9. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dessen Farbtemperatur zwischen einschließlich 2500 K und 6500 K liegt.
10. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Konversionsmittel (3) die erste Wellenlänge (Ll) zu einem Anteil, der um mindestens 5 Prozentpunkte größer ist als ein entsprechender Anteil der zweiten Wellenlänge (L2) , in eine Strahlung einer anderen Wellenlänge konvertiert.
11. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem die erste Wellenlänge (Ll) um 430 nm und die zweite Wellenlänge (L2) um 470 nm liegt, mit einer Toleranz von jeweils 10 nm.
12. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Halbleiterbauteil (2) mindestens einen Halbleiterchip (2) umfasst, der im Betrieb Licht mit einer dritten Wellenlänge von mindestens 600 nm emittiert .
13. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Regeleinheit (5) umfasst, über die das
Intensitätsverhältnis zwischen erster Wellenlänge (Ll) und zweiter Wellenlänge (L2) einstellbar ist.
4. Leuchtmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem die zweite Wellenlänge (L2) bei kleineren Wellenlängen liegt als ein Hauptarbeitsbereich (H) des Konversionsmittels (3) .
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