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DE102015107580A1 - Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement - Google Patents

Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement Download PDF

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DE102015107580A1
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Germany
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radiation
semiconductor chip
phosphor
component
color space
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102015107580.6A
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English (en)
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Ion Stoll
Hans-Jürgen Lugauer
Werner Bergbauer
Dominik Schulten
Thorsten Kunz
Barbara Huckenbeck
Vera Stöppelkamp
Stefan Lange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement angegeben, umfassend einen Halbleiterchip, der eine Primärstrahlung im UV-Bereich emittiert und ein Konversionselement umfassend – einen Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und x = 0,01–0,12 oder einen Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und y = 0,01–0,9, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung teilweise in eine erste Sekundärstrahlung im blauen Bereich konvertiert, – einen Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst mit p = 0,01–0,7 und z = 0,05–0,5, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung im grünen Bereich konvertiert, – einen Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,001–0,06, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung teilweise in eine dritte Sekundärstrahlung im roten Bereich konvertiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement, eine Verwendung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements zur Hinterleuchtung von Farbfiltersystemen und eine Beleuchtungseinheit umfassend ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement.
  • Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelemente wie lichtemittierende Dioden (LEDs) werden in Fernsehern, Smartphones und Computern für die Hinterleuchtung von LCD-Filtersystemen benutzt. Dabei gibt es unterschiedliche Anforderungen an die LED. Zwei wesentliche Aspekte sind zum einen die maximale Helligkeit und zum anderen die Abdeckung eines großen Farbraums. Die herkömmlichen LCD-Filtersysteme bestehen aus drei beziehungsweise vier Farbfiltern (blau, grün und rot beziehungsweise blau, grün, gelb und rot). Die LCD-Filter besitzen eine Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum) im Bereich von typischerweise 70 bis 120 nm, in der die Transmission elektrisch gesteuert werden kann. Die Transmission ergibt sich aus der Superposition der drei Farbfilter, dadurch ergeben sich Bereiche des sichtbaren Spektrums, in denen keine vollständige Transmission erreicht wird. Das führt dazu, dass bei einem breitbandigen Spektrum der LED, die die Farbfilter hinterleuchtet, ein Anteil des emittierten Lichts vom Filter absorbiert wird. Um die maximale Lichtmenge aus der LED bei vollständig geöffnetem LCD Farbfiltern auf Bildschirmebene zu erhalten, werden schmalbandige Leuchtstoffe benötigt. Um zudem eine hohe Farbsättigung zu erhalten, ist es wichtig, dass die einzelnen Emissionen der LED spektral jeweils möglichst nur eine Farbe des Farbfiltersystems ansprechen.
  • Um weißes Licht mittels einer LED zu generieren, wird in der Regel ein Halbleiterchip, der schmalbandiges blaues Licht emittiert, verwendet. Anteile dieses blauen Lichts werden durch Leuchtstoffe in rotes und grünes Licht konvertiert, so dass insgesamt weißes Licht resultiert. Die verwendeten Leuchtstoffe enthalten in der Regel Eu2+ und Ce3+ Aktivatoren zur Konversion des von dem Halbleiterchip emittierten blauen Lichts. Die Emissionsspektren dieser Leuchtstoffe sind jedoch in der Regel sehr breit (FWHM(Eu2+) = 50–100 nm, FWHM(Ce3+) > 100 nm).
  • Eine Lösung um ein schmalbandiges LED-Spektrum, welches aus blauen, grünen und roten Anteilen besteht, zu erhalten, ist die Verwendung von drei verschiedenfarbigen Halbleiterchips in einer LED, das heißt ohne Leuchtstoffkonversion. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines blauen Halbleiterchips, dessen Licht zum Teil in grünes Licht anhand eines Leuchtstoffs (zum Beispiel Orthosilikate wie (Ba, Sr, Mg, Ca)2SiO4:Eu2+, Nitridoorthosilikate wie z. B. AE2-x-aRExEuaSiO4-xNx oder AE2-x-aRExEuaSi1-yO4-x-2yNx mit (AE = Sr, Ba, Ca, Mg; RE = Seltene Erdmetalle), beta-SiAlONe wie z. B. (Si6-zAlzOzN8-z:Eu), Granate wie (Lu, Y, Gd, Tb, Ce)3(Al, Ga)5O12 und Ba3Si6O12N2:Eu2+) umgewandelt wird und einem roten Halbleiterchip in einem LED-Package. Oft wird ein blauer Halbleiterchip verwendet mit zwei Leuchtstoffen, die einen Teil des blauen Lichts in grüne (zum Beispiel Orthosilikate (Ba, Sr, Mg, Ca)2SiO4:Eu2+, Nitridoorthosilikate (z. B. AE2-x-aRExEuaSiO4-xNx oder AE2-x-aRExEuaSi1-yO4-x-2yNx mit (AE = Sr, Ba, Ca, Mg; RE = Seltene Erdmetalle), beta-SiAlONe (z. B. (Si6-zAlzOzN8-z:Eu), Granate wie (Lu, Y, Gd, Tb, Ce)3(Al, Ga)5O12, Ba3Si6O12N2:Eu2+) und rote (zum Beispiel (Sr, Ca)AlSiN3:Eu2+, (Ba, Sr, Ca)2Si5N8:Eu2+, K2SiF6:Mn4+, Sr(SraCa1-a)Si2Al2N6:Eu2+ Bestandteile des Lichts konvertieren. Diese Lösungen weisen allerdings zum Teil eine niedrige Helligkeit und/oder eine zu geringe Farbraumabdeckung auf.
  • Die Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Helligkeit und eine Abdeckung eines großen Farbraums aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement zur Hinterleuchtung von Farbfiltersystemen und eine Beleuchtungseinheit umfassend ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen.
  • Die Aufgaben werden durch ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch die Verwendung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements zur Hinterleuchtung von LCD-Filtern mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und durch eine Beleuchtungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
  • Es wird ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst einen ersten Halbleiterchip, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert.
  • Hier und im Folgenden bezeichnet UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums den Wellenlängenbereich kleiner oder gleich 420 nm, insbesondere den Wellenlängenbereich von 365 nm bis 420 nm.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein Konversionselement umfassend einen ersten Leuchtstoff, einen zweiten Leuchtstoff und einen dritten Leuchtstoff.
  • In den folgenden Ausführungen werden die Zusammensetzungen des ersten, zweiten und dritten Leuchtstoffs durch Summenformeln beschrieben. Diese entsprechen jeweils der nominellen Zusammensetzung der Materialien. Tatsächlich können die genauen Atomverhältnisse leicht von den angegebenen Idealwerten abweichen. Ein möglicher Wert für eine derartige Abweichung liegt beispielsweise bei 10%. Ebenso ist möglich, dass die Leuchtstoffe andere weitere Elemente enthalten, die beispielsweise über Verunreinigungen oder Flussmittel in der Ansatzmischung oder während der Synthese eingebracht werden, insbesondere (aber nicht ausschließlich) Bor und/oder Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Halogene wie z. B. Fluor oder Chlor oder Brom. Durch eventuelle Abdampfungen einzelner Komponenten während der Synthese kann es auch zu statistischen Unterbesetzungen einzelner Lagen kommen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese eventuellen Effekte in den in der Folge angegebenen Summenformeln vereinfachend nicht jedes Mal explizit erwähnt.
  • In einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff die Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2 auf, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und x = 0,01–0,12. Der erste Leuchtstoff kann auch die Formel M1-yEuuMgAl10O17 aufweisen, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und y = 0,01–0,9. Der erste Leuchtstoff konvertiert die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine erste Sekundärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Der zweite Leuchtstoff weist die Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17 auf, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst mit p = 0,01–0,7 und z = 0,05–0,5. Der zweite Leuchtstoff konvertiert die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Der dritte Leuchtstoff weist die Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,001–0,06 auf. Der dritte Leuchtstoff konvertiert die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine dritte Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
  • Dass der erste, der zweite und der dritte Leuchtstoff die Primärstrahlung teilweise in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertieren, bedeutet, dass die Primärstrahlung zumindest teilweise von den Leuchtstoffen absorbiert und als Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich emittiert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann zusätzlich auch die Sekundärstrahlung des ersten Leuchtstoffs zumindest teilweise von dem zweiten und/oder dritten Leuchtstoff absorbiert und als zweite und/oder dritte Sekundärstrahlung emittiert werden und/oder die zweite Sekundärstrahlung des zweiten Leuchtstoffs kann zumindest teilweise von dem dritten Leuchtstoff absorbiert und als dritte Sekundärstrahlung emittiert werden.
  • In einer Ausführungsform wird die Primärstrahlung von dem ersten, zweiten und dritten Leuchtstoff nahezu vollständig in die erste, zweite und dritte Sekundärstrahlung konvertiert. Unter nahezu vollständiger Konversion ist eine Konversion über 75%, bevorzugt über 85%, besonders bevorzugt über 90% zu verstehen.
  • In einer Ausführungsform erweckt die erste, zweite und dritte Sekundärstrahlung überlagert einen weißfarbigen Leuchteindruck.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement einen ersten Halbleiterchip, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und einen zweiten Halbleiterchip, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im grünen oder roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Weiter umfasst das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement umfassend einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und x = 0,01–0,12. Der erste Leuchtstoff kann auch die Formel M1-yEuyMgAl10O17 aufweisen, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und y = 0,01–0,9. Der erste Leuchtstoff konvertiert die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine erste Sekundärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Das Konversionselement umfasst einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,001–0,06, der die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine dritte Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums und das Konversionselement umfasst einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und p = 0,01–0,7 und z = 0,05–0,5. Der zweite Leuchtstoff konvertiert die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
  • In einer Ausführungsform erweckt die Primärstrahlung und die erste und zweite Sekundärstrahlung oder die Primärstrahlung und die erste und dritte Sekundärstrahlung überlagert einen weißfarbigen Leuchteindruck.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums und das Konversionselement umfasst einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und bevorzugt x = 0,02–0,08, besonders bevorzugt x = 0,03–0,06. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Sr, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Sr, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Sr, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement in dieser Ausführungsform einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt p = 0,05–0,6 und z = 0,1–0,4, besonders bevorzugt p = 0,1–0,5 und z = 0,15–0,35. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums und das Konversionselement umfasst einen ersten Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt y = 0,1–0,6, besonders bevorzugt y = 0,3–0,6. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement in dieser Ausführungsform einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt p = 0,05–0,6 und z = 0,1–0,4, besonders bevorzugt p = 0,1–0,5 und z = 0,15–0,35. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und das Konversionselement umfasst einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2 auf, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und bevorzugt x = 0,02–0,08, besonders bevorzugt x = 0,03–0,06. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Sr, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Sr, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Sr, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement in dieser Ausführungsform einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit bevorzugt q = 0,001–0,04, besonders bevorzugt q = 0,005–0,03.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums und das Konversionselement umfasst einen ersten Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt y = 0,1–0,6, besonders bevorzugt y = 0,3–0,6. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement in dieser Ausführungsform einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit bevorzugt q = 0,001–0,04, besonders bevorzugt q = 0,005–0,03.
  • In einer Ausführungsform liegt die Peakwellenlänge der von dem ersten Halbleiterchip emittierten Primärstrahlung im Bereich von 365 nm bis 420 nm. Als „Peakwellenlänge” wird vorliegend die Wellenlänge eines Peaks bezeichnet, bei der die maximale Intensität des Peaks liegt.
  • In einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff die Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2 auf, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und bevorzugt x = 0,02–0,08, besonders bevorzugt x = 0,03–0,06. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Sr, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Sr, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Sr, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba.
  • In einer Ausführungsform weist der erste Leuchtstoff die Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt y = 0,1–0,6, besonders bevorzugt y = 0,3–0,6. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba.
  • In einer Ausführungsform weist der zweite Leuchtstoff die Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt p = 0,05–0,6 und z = 0,1–0,4, besonders bevorzugt p = 0,1–0,5 und z = 0,15–0,35. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba.
  • In einer Ausführungsform weist der dritte Leuchtstoff die Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit bevorzugt q = 0,001–0,04, besonders bevorzugt q = 0,005–0,03 auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement einen ersten Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt y = 0,1–0,6, besonders bevorzugt y = 0,3–0,6. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt p = 0,05–0,6 und z = 0,1–0,4, besonders bevorzugt p = 0,1–0,5 und z = 0,15–0,35. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit bevorzugt q = 0,001–0,04, besonders bevorzugt q = 0,005–0,03.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2 auf, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und bevorzugt x = 0,02–0,08, besonders bevorzugt x = 0,03–0,06. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Sr, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Sr, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Sr, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und bevorzugt p = 0,05–0,6 und z = 0,1–0,4, besonders bevorzugt p = 0,1–0,5 und z = 0,15–0,35. Bevorzugt enthält M mindestens 50 mol% Ba, besonders bevorzugt mindestens 70 mol% Ba, ganz besonders bevorzugt mindestens 80 mol% Ba, jeweils bezogen auf die Summe aus Mg, Ca, Sr und Ba. Weiter umfasst das Konversionselement einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit bevorzugt q = 0,001–0,04, besonders bevorzugt q = 0,005–0,03.
  • In einer Ausführungsform liegt die Peakwellenlänge der ersten Sekundärstrahlung im Bereich von 420 nm bis 460 nm. Die Halbwertsbreite der ersten Sekundärstrahlung liegt in dieser Ausführungsform bevorzugt unter 45 nm. Unter Halbwertsbreite (FWHM) wird vorliegend die Breite des Peaks verstanden, bei der die Hälfte des Intensitätsmaximums erreicht ist.
  • In einer Ausführungsform liegt die Peakwellenlänge der zweiten Sekundärstrahlung im Bereich von 500 nm bis 540 nm. Die Halbwertsbreite der zweiten Sekundärstrahlung liegt in dieser Ausführungsform bevorzugt unter 45 nm.
  • In einer Ausführungsform liegt die Peakwellenlänge der dritten Sekundärstrahlung im Bereich von 625 nm bis 665 nm. Die Halbwertsbreite der dritten Sekundärstrahlung liegt in dieser Ausführungsform bevorzugt unter 45 nm.
  • In einer Ausführungsform weist die erste Sekundärstrahlung, die zweite Sekundärstrahlung und/oder die dritte Sekundärstrahlung eine Halbwertsbreite unter 45 nm auf. Im Vergleich kann eine so schmalbandige Emission aktuell von Leuchtstoffen, die durch eine Primärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums angeregt werden nicht erreicht werden.
  • In einer Ausführungsform kann die erste, zweite und/oder dritte Sekundärstrahlung aus einer Mehrzahl von schmalen Linien bestehen, beispielsweise mit einer Halbwertsbreite von unter 5 nm.
  • In einer Ausführungsform umfasst der erste Halbleiterchip eine aktive Epitaxieschichtenfolge, die geeignet ist, im Betrieb des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren.
  • Es ist möglich, dass der erste Halbleiterchip und/oder der zweite Halbleiterchip ein Saphir-Substrat umfasst oder auf einem Saphir-Substrat aufgewachsen ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst der zweite Halbleiterchip eine aktive Epitaxieschichtenfolge, die geeignet ist, im Betrieb des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements eine Primärstrahlung im roten oder grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren.
  • Zur Erzeugung der Primärstrahlung kann die Epitaxieschichtenfolge beispielsweise ein pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopf- oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet keine Angabe über die Dimensionalität. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte, Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Ein erster Halbleiterchip, der geeignet ist im Betrieb UV-Primärstrahlung einer Peakwellenlänge zwischen 365 und 420 nm zu emittieren, basiert beispielsweise auf AlInGaN oder ZnO. Beispielsweise basiert der erste Halbleiterchip auf InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1.
  • Die Wellenlänge kann hierbei für die jeweilige Anwendung durch die Zusammensetzung, zum Beispiel das Verhältnis von Indium zu Gallium in AlInGaN, in den bevorzugten Bereich geschoben werden. Die Halbwertsbreite der ersten, zweiten und/oder dritten Sekundärstrahlung kann ebenfalls durch die Gestaltung der Zusammensetzung der aktivoptischen Schichten verändert werden.
  • Aufgrund der annähernden Linearität der emittierten Photonen über der Stromdichte bei einem ersten Halbleiterchip, der Primärstrahlung im UV-Bereich emittiert, kann zum Betrieb des Bauelements eine im Vergleich zu blau emittierenden Halbleiterchips hohe Stromdichte verwendet werden ohne Effizienzverlust oder mit nur sehr geringen Effizienzverlust.
  • Die von dem ersten Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung liegt nicht im sichtbaren Bereich beziehungsweise am Rand des sichtbaren Bereichs und hat deshalb keinen direkten Einfluss beziehungsweise einen sehr geringen Einfluss auf den Farbort Bauelements. Die Fertigungsschwankungen des Halbleiterchips haben deshalb weniger Einfluss auf den Farbort, es können somit eine Vielzahl an Chipbins verwendet werden. Im Vergleich zu blauen Halbleiterchips ist damit eine kostengünstigere Herstellung möglich.
  • Durch individuell emittierende Mehrfach-Quantumwells kann eine relativ breite Emission des ersten Halbleiterchips eingestellt werden, beispielsweise eine Halbwertsbreite größer als 25 nm. Dadurch können Leuchtstoffe mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima im Bereich von 380 nm und 430 nm auf Gleichmäßigkeit oder zu optimalen Anteilen angeregt werden. Dadurch kann durch ein konstantes Leuchtstoffmischungsverhältnis über die Halbwertsbreite und Lage der ultravioletten Primärstrahlung das resultierte Spektrum kontrolliert werden. Breite UV-Emissionen können zum Beispiel durch dreidimensional epitaxierte Schichten erzeugt werden, beispielsweise durch Nano/Mikro-Rods oder pyramidale Strukturen.
  • In einer Ausführungsform weisen der erste, der zweite und/oder der dritte Leuchtstoff eine starke Absorption im Bereich von 380 nm und 430 nm, bevorzugt zwischen 390 nm und 425 nm auf. Bevorzugt liegt ein Absorptionsmaximum des dritten Leuchtstoffs im Bereich von 400 bis 430 nm, besonders bevorzugt zwischen 415 nm und 425 nm. Starke Absorption bedeutet hier, dass eine diffuse Reflektivität des ersten, zweiten oder dritten Leuchtstoffs, gemessen an einem Leuchtstoffpulver, im betrachteten Spektralbereich maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 50% des Wertes einer diffusen Reflektivität desselben ersten, zweiten oder dritten Leuchtstoffs bei einer Wellenlänge von 650 nm beträgt.
  • In einer Ausführungsform liegt die Halbwertsbreite (FWHM) der Primärstrahlung im UV-Bereich in einem Bereich von 10 nm bis 50 nm, bevorzugt zwischen 25 nm und 50 nm.
  • In einer Ausführungsform ist ein weiterer erster Halbleiterchip oder mehrere weitere erste Halbleiterchips, die Primärstrahlung im UV-Bereich emittieren von dem Bauelement umfasst. Der oder die weiteren ersten Halbleiterchips können aus den gleichen Materialien aufgebaut sein wie der erste Halbleiterchip. Es ist möglich, dass der erste und der oder die weiteren ersten Halbleiterchips Primärstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge im UV-Bereich emittieren.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip eine Primärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der zweite Halbleiterchip basiert beispielsweise auf InGaAlP. Beispielsweise basiert der zweite Halbleiterchip auf InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Auch hier kann die gewünschte Wellenlänge durch die Materialzusammensetzung eingestellt werden.
  • In einer Ausführungsform emittiert der zweite Halbleiterchip eine Primärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der zweite Halbleiterchip basiert beispielsweise auf AlInGaN oder ZnO. Beispielsweise basiert der zweite Halbleiterchip auf InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Auch hier kann die gewünschte Wellenlänge durch die Materialkomposition eingestellt werden.
  • Es kann sich in einer Ausführungsform bei dem ersten und/oder dem zweiten Halbleiterchip um oberflächenemittierende oder volumenemittierende Halbleiterchips handeln. Dies bedeutet, dass der erste und/oder der zweite Halbleiterchip die Primärstrahlung in nur eine Raumrichtung oder alle Raumrichtungen abstrahlen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei den Leuchtstoffen um ein Pulver. Die Pulver können Konverterpartikel aufweisen. Die mittlere Partikelgröße liegt im Bereich von 50 nm bis 100 μm, bevorzugt im Bereich von μm 2 bis 35 μm.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement Reflexionspartikel. Die Reflexionspartikel umfassen oder bestehen aus einem Material, das die Primärstrahlung im UV-Bereich reflektiert. In einer Ausführungsform ist die Reflektivität des Materials für UV-Strahlung größer als 60%, bevorzugt größer als 70%, besonders bevorzugt größer als 80%. Beispielsweise werden ZrO2-Partikel als Reflexionspartikel eingesetzt. Die Reflexionspartikel weisen beispielsweise einen mittleren Durchmesser von 30 nm bis 30 μm auf.
  • In einer Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil der Reflexionspartikel 0,01 bis 5% bezogen auf die Gesamtmasse des Konversionselements.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Matrixmaterial. Das Konversionselement kann aus dem ersten, dem zweiten, dem dritten Leuchtstoff und dem Matrixmaterial bestehen. Das Konversionselement kann auch aus dem ersten, dem zweiten, dem dritten Leuchtstoff, den Reflexionspartikeln und dem Matrixmaterial bestehen. Die Leuchtstoffe und/oder die Reflexionspartikel können in dem Matrixmaterial eingebettet sein. Es ist möglich, dass die Leuchtstoffe homogen in dem Matrixmaterial verteilt sind. Es ist aber auch möglich, dass die Leuchtstoffe mit einem Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial verteilt sind. Das Matrixmaterial weist insbesondere eines der folgenden Materialien auf oder besteht hieraus: Einem Silikon, einem Glas.
  • Eine mögliche Ausführung des Konversionselements ist die Ausführung in Form eines Vergusses, wobei der Verguss den ersten Halbleiterchip formschlüssig umhüllt. Des Weiteren kann der den ersten Halbleiterchip formschlüssig umhüllende Verguss an den Seitenwänden zum Beispiel durch ein Gehäuse stabilisiert werden und befindet sich beispielsweise in einer Ausnehmung eines solchen Gehäuses.
  • Weiter kann das Konversionselement als Konversionsschicht ausgeführt sein. Bei der Konversionsschicht besteht ein direkter Kontakt zwischen Konversionsschicht und dem ersten Halbleiterchip, wobei die Dicke der Konversionsschicht beispielsweise kleiner ist als die Dicke des ersten Halbleiterchips und zum Beispiel konstant an allen Strahlungsaustrittsflächen ausgebildet sein kann. Das Aufbringen einer solchen Konversionsschicht erfolgt insbesondere durch folgende Verfahren: Spraycoating, Spritzgießen, Spritzpressen, Jetten, Dispensen oder Elektrophorese.
  • In einer Ausführungsform liegen die Leuchtstoffe zu 5 bis 75 Gew.-%, bevorzugt zu 15 bis 60 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse an Leuchtstoffen und Matrixmaterial oder bezogen auf die Gesamtmasse an Leuchtstoffen, Reflexionspartikeln und Matrixmaterial vor.
  • Das Konversionselement kann ferner die Form einer Platte oder einer Folie einnehmen. Die Platte oder die Folie ist über dem Halbleiterchip angeordnet. Bei diesen weiteren Varianten der Ausführung des Konversionselements besteht nicht notwendigerweise ein direkter und/oder formschlüssiger Kontakt des Konversionselements mit dem ersten Halbleiterchip. Das heißt, dass zwischen dem Konversionselement und dem ersten Halbleiterchip ein Abstand bestehen kann. Mit anderen Worten ist das Konversionselement dem ersten Halbleiterchip nachgeordnet und wird von der Primärstrahlung angestrahlt. Zwischen Konversionselement und erstem Halbleiterchip kann dann ein Vergusskörper oder ein Luftspalt ausgebildet sein. Vorteilhaft bei dieser geometrischen Anordnung ist es, dass es insbesondere aufgrund des Abstands zwischen dem Konversionselement und dem ersten Halbleiterchip zu einer reduzierten Erwärmung des Konversionselements durch Abwärme des ersten Halbleiterchips kommt.
  • In einer Ausführungsform besteht das Konversionselement aus dem ersten, zweiten und dem dritten Leuchtstoff. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Keramik der Leuchtstoffe handeln. Beispielsweise handelt es sich bei der in der Ausführungsform des Konversionselements als Platte um eine Platte bestehend aus einer Keramik der Leuchtstoffe. Bevorzugt weist die Platte eine niedrige Porosität auf. Damit kann unerwünschte Lichtstreuung verhindert oder nahezu verhindert werden und es erfolgt eine gute Wärmeabfuhr.
  • Ferner sind auch Kombinationen möglich, in denen ein oder mehrere Leuchtstoffe als Leuchtstoffpulver ausgebildet sind und mit ein oder mehreren Leuchtstoffen in Form einer Keramik kombiniert werden. Weiterhin ist es auch möglich, drei Leuchtstoffe in Form jeweils einer Keramik, welche jeweils nur einen der Leuchtstoffe umfasst, miteinander zu kombinieren. Weiterhin ist es auch möglich, zwei Leuchtstoffe in Form jeweils einer Keramik, welche jeweils nur einen der Leuchtstoffe umfasst, sowie einen dritten Leuchtstoff als Leuchtstoffpulver miteinander zu kombinieren.
  • In einer Ausführungsform ist über dem Konversionselement ein Farbfiltersystem angeordnet. Bei dem Farbfiltersystem kann es sich um ein LCD-Farbfiltersystem handeln. Unter LCD ist ”Liquid Crystal Display” zu verstehen.
  • Dass eine Schicht oder ein Element ”auf” oder ”über” eine anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem und/oder thermischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiter kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente oder ein lichter Abstand zwischen der einen oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED, handeln.
  • Die angegebenen Ausführungsformen des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements können für nachfolgend genannte Verwendungen eingesetzt werden.
  • Es wird eine Verwendung des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements gemäß den oben genannten Ausführungsformen zur Hinterleuchtung eines Farbfiltersystems, insbesondere eines LCD-Farbfiltersystems angegeben.
  • In einer Ausführungsform der Verwendung handelt es sich bei dem Farbfiltersystem um ein Farbfiltersystem für einen Computer, einen Fernseher oder ein Smartphone.
  • In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Farbfiltersystem um Farbfiltersysteme der Farben Rot, Grün und Blau oder Rot, Grün, Blau und Gelb.
  • In einer Ausführungsform besitzt das Farbfiltersystem je eine Halbwertsbreite im Bereich von 70 bis 120 nm für die Farben Rot, Grün, Blau oder Rot, Grün, Blau und Gelb.
  • In einer Ausführungsform werden die Emission des optoelektronischen Bauelements und die Transmission des Farbfiltersystems so gewählt, dass die Maxima bei ähnlichen Wellenlängen liegen. Dadurch gibt es nur wenig Reabsorption am Farbfiltersystem und es ergibt sich eine hohe On-Screen-Effizienz.
  • Die angegebenen Ausführungsformen des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements können Bestandteil einer Beleuchtungseinheit, beispielsweise für einen Fernseher, Computer oder ein Smartphone sein.
  • Eine Beleuchtungseinheit umfasst ein hier beschriebenes strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement und ein Farbfiltersystem, insbesondere ein LCD-Farbfiltersystem. Das Farbfiltersystem dient in der Regel dazu, die Subpixel einer Beleuchtungseinheit beispielsweise eines Fernsehers, Computers oder Smartphones zu bilden, wobei die Subpixel Licht der Farben blau, grün und rot und/oder blau, grün, gelb und rot aussenden. Die Lichtquelle für die einzelnen Subpixel bildet hierbei das strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement. Mit anderen Worten tritt die Sekundärstrahlung, die von den Leuchtstoffen ausgesandt wird oder die Primärstrahlung des zweiten Halbleiterchips die Sekundärstrahlung, die von den Leuchtstoffen ausgesandt wird durch das Farbfiltersystem hindurch. Die gesamte elektromagnetische Strahlung, die durch das Filtersystem hindurch tritt, wird als Gesamtstrahlung bezeichnet.
  • In einer Ausführungsform handelt es sich um eine Beleuchtungseinheit für einen Fernseher, Computer oder Smartphone.
  • Das Farbfiltersystem weist bevorzugt einen blauen Filter, einen grünen Filter und einen roten Filter auf, die die Gesamtstrahlung zu Licht eines ersten, zweiten und dritten Transmissionsspektrums filtern.
  • Ein Peak des Transmissionsspektrums weist bevorzugt eine Halbwertsbreite auf, die im Bereich von 70 bis 120 nm liegt.
  • In einer Ausführungsform spannen ein zu dem Farbeindruck des ersten Transmissionsspektrums korrespondierender Punkt im CIE-Farbdiagramm (1931) ein zu dem Farbeindruck des zweiten Transmissionsspektrums korrespondierender Punkt im CIE-Farbdiagramm (1931) und ein zu dem Farbeindruck des dritten Transmissionsspektrums korrespondierender Punkt im CIE-Farbdiagramm (1931) einen Farbraum beziehungsweise ein Farbdreieck innerhalb des CIE-Normdiagramms auf, das ein Überdeckungsgrad von mindestens 80% mit dem sRGB-Farbdreieck, von mindestens 69% mit dem DCI-P3-Farbdreieck, von mindestens 71% mit dem Adobe-Farbdreieck, von mindestens 50% mit dem Rec2020-Farbdreieck aufweist. Als sRGB Farbdreieck wird vorliegend das Dreieck innerhalb des CIE-Farbdiagramms (1931) bezeichnet, das durch die folgenden Punkte (x, y) aufgespannt wird: (0,640, 330), (0,300, 0,600) und (0,150, 0,060). Als DCI-P3-Farbdreieck wird vorliegend das Dreieck innerhalb des CIE-Farbdiagramms 1931 bezeichnet, das durch die folgenden Punkte (x, y) aufgespannt wird: (0,680, 0,320), (0,265, 0,690) und (0,150, 0,060). Als Rec2020-Farbdreieck wird vorliegend das Dreieck innerhalb des CIE-Farbdiagramms 1931 bezeichnet, das durch die folgenden Punkte (x, y) aufgespannt wird: (0,708, 0,292), (0,170, 0,797) und (0,131, 0,046).
  • In einer Ausführungsform spannen ein zu dem Farbeindruck des ersten Transmissionsspektrums korrespondierender Punkt im CIE-LUV-Farbdiagramm (1976), ein zu dem Farbeindruck des zweiten Transmissionsspektrums korrespondierender Punkt im CIE-LUV-Farbdiagramm (1976) und ein zu dem Farbeindruck des dritten Transmissionsspektrums korrespondierender Punkt im CIE-LUV-Farbdiagramm (1976) einen Farbraum beziehungsweise ein Farbdreieck innerhalb des CIE-LUV-Farbdiagramm (1976) auf, das ein Überdeckungsgrad von mindestens 75% mit dem sRGB-Farbdreieck, von mindestens 69% mit dem DCI-P3-Farbdreieck, von mindestens 75% mit dem Adobe-Farbdreieck, von mindestens 62% mit dem Rec2020-Farbdreieck aufweist. Als sRGB Farbdreieck wird vorliegend das Dreieck innerhalb des CIE-Farbdiagramms 1931 bezeichnet, das durch die folgenden Punkte (u', v') aufgespannt wird: (0,451, 0,523), (0,125, 0,563) und (0,175, 0,158). Als DCI-P3-Farbdreieck wird vorliegend das Dreieck innerhalb des CIE-Farbdiagramms 1931 bezeichnet, das durch die folgenden Punkte (u', v') aufgespannt wird: (0,496, 0,526), (0,099, 0,578) und (0,175, 0,158). Als Rec2020-Farbdreieck wird vorliegend das Dreieck innerhalb des CIE-Farbdiagramms 1931 bezeichnet, das durch die folgenden Punkte (u', v') aufgespannt wird: (0,557, 0,517), (0,056, 0,587) und (0,159, 0,126).
  • Das von den Transmissionsspektren aufgespannte Farbdreieck im CIE-Farbdiagramm wird in der Regel durch einen blauen Punkt im blauen Bereich, durch einen grünen Punkt im grünen Bereich und durch einen roten Punkt im roten Bereich aufgespannt. Der blaue Punkt wird hierbei in der Regel durch den Peak des Transmissionsspektrums mit maximaler Intensität im blauem Bereich festgelegt, während der grüne Punkt in der Regel durch den Peak des Transmissionsspektrums mit maximaler Intensität im grünen Bereich festgelegt wird und der rote Punkt durch den Peak des Transmissionsspektrums mit maximaler Intensität im roten Bereich.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • 1 zeigt die idealen Weißpunkte für die Hinterleuchtung von Fernsehern und Smartphones verschiedener Ausführungsbeispiele von strahlungsemittierenden Bauelementen in der CIE-Normtafel (1931),
  • 2A bis 15A zeigen Emissionsspektren verschiedener Ausführungsbeispiele von strahlungsemittierenden Bauelementen und Transmissionsspektren,
  • 2B bis 15B zeigen aufgespannte Farbräume verschiedener Ausführungsbeispiele von strahlungsemittierenden Bauelementen mit verschiedenen Farbfiltersystemen in der CIE-Farbnormtafel (1931),
  • 16 bis 20 zeigen schematische Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen,
  • 21 bis 24 zeigen Emissionsspektren verschiedener Ausführungsbeispiele der Leuchtstoffe und verschiedener Ausführungsformen von strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen,
  • 25 zeigt aufgespannte Farbräume verschiedener Ausführungsbeispiele von strahlungsemittierenden Bauelementen im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976),
  • 26 zeigt die relative Quanteneffizienz verschiedener Ausführungsbeispiele des zweiten Leuchtstoffs,
  • 27A zeigt die Korrelation der Mangan Konzentration z des zweiten Leuchtstoffs mit dem x-Anteil der Grundfarbe rot der CIE-Normtafel (1931),
  • 27B zeigt die Korrelation der Mangan Konzentration z des zweiten Leuchtstoffs mit dem y-Anteil der Grundfarbe grün der CIE-Normtafel (1931),
  • 28 bis 31 zeigen die relative diffuse Reflektivität verschiedener Ausführungsbeispiele des ersten, zweiten und dritten Leuchtstoffs.
  • In 1 ist die CIE-Normtafel (1931) gezeigt, wobei auf der x-Achse der x-Anteil der Grundfarbe rot und auf der y-Achse der y-Anteil der Grundfarbe grün aufgetragen ist. Der Punkt mit dem Bezugszeichen A stellt den idealen Weißpunkt eines Fernsehers, eines Smartphones und eines Computers dar. Der mit dem Bezugszeichen A versehene Punkt stellt den Zielfarbort der Transmissionsspektren dar. Die mit den Bezugszeichen B, C, I und E versehenen Punkte zeigen die idealen Weißpunkte verschiedener Ausführungsformen eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements, die in einem Fernseher mit einem Farbfiltersystem und die den Bezugszeichen J, D, K, und L versehenen Punkte zeigen die idealen Weißpunkte verschiedener Ausführungsformen eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements, die in einem Smartphone mit einem Farbfiltersystem nötig wären, um den idealen Weißpunkt A zu realisieren. Die mit den Bezugszeichen B, K, C, L, I, D, E und J versehenen Punkte sind folgenden Bauelementen zugeordnet:
    B, K: InGaN Halbleiterchip, Konversionselement umfassend einen beta-SiAlON-Leuchtstoff und einen K2SiF6:Mn4+-Leuchtstoff,
    C, L: InGaN Halbleiterchip, Konversionselement umfassend einen beta-SiAlON-Leuchtstoff und einen Mg4Ge1-qMnq(O, F)6-Leuchtstoff mit q = 0,001–0,06,
    I, D: AlInGaN Halbleiterchip, Konversionselement umfassend einen ersten Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und y = 0,01–0,9, einen zweiten und dritten Leuchtstoff.
    E, J: AlInGaN Halbleiterchip, Konversionselement umfassend einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und x = 0,01–0,12, einen zweiten und dritten Leuchtstoff.
  • In den 2A bis 15A ist jeweils auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm und auf der y Achse die relative Intensität I aufgetragen.
  • In den 2B bis 15B sind aufgespannte Farbräume in CIE-Normtafeln (1931) gezeigt, wobei jeweils auf der x-Achse der x-Anteil der Grundfarbe rot und auf der y-Achse der y-Anteil der Grundfarbe grün aufgetragen sind.
  • In 2A ist die Emission eines Referenz-Bauelements mit einem InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem Y3Al5O12:Ce3+-(YAG:Ce)Leuchtstoff (λ = 555 nm) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen TV-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,662 0,289 0,156 0,305
    CIEy 0,330 0,669 0,063 0,333
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 2B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt in der CIE-Normtafel (1931) 100% des sRGB-Farbraums, 89% des DCI-P3-Farbraums, 82% Adobe-Farbraums und 64% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 100% des sRGB-Farbraums, 89% des DCI-P3-Farbraums, 89% Adobe-Farbraums und 65% des Rec2020-Farbraums ab. Im Folgenden wird die sich aus diesem Spektrum ergebende Monitorhelligkeit als Referenz für die Monitorhelligkeit mit einem typischen TV-Farbfiltersystem herangezogen, sie liegt hier also bei 100%.
  • In 3A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 0%; photometrische Helligkeit 0%), eines (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2-Leuchtstoffs (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 20,9%; photometrische Helligkeit 4,8%), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 25,4%; photometrische Helligkeit 69,6%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 53,7%; photometrische Helligkeit 25,6%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen TV-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,710 0,138 0,139 0,313
    CIEy 0,286 0,750 0,114 0,329
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 3B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 95% des sRGB-Farbraums, 87% des DCI-P3-Farbraums, 94% Adobe-Farbraums und 82% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 84% des sRGB-Farbraums, 80% des DCI-P3-Farbraums, 85% Adobe-Farbraums und 72% des Rec2020-Farbraums ab. Die Standard Farbräume werden also sehr gut abgedeckt. Es ergibt sich eine Monitorhelligkeit von 136%. Damit ergibt sich gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) eine erhöhte Helligkeit.
  • In 4A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 7,7%; photometrische Helligkeit 0%), eines (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2-Leuchtstoffs mit x = 0,01–0,12 (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 19,3%; photometrische Helligkeit 4,3%), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 23,4%; photometrische Helligkeit 69,6%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 49,5%; photometrische Helligkeit 25,6%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen TV-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,710 0,138 0,139 0,312
    CIEy 0,286 0,749 0,114 0,329
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 4B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 95% des sRGB-Farbraums, 87% des DCI-P3-Farbraums, 94% Adobe-Farbraums und 82% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 84% des sRGB-Farbraums, 80% des DCI-P3-Farbraums, 85% Adobe-Farbraums und 72% des Rec2020-Farbraums ab. Die Standard Farbräume werden also sehr gut abgedeckt. Es ergibt sich eine gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) deutlich erhöhte Monitorhelligkeit von 136%.
  • In 5A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 405 nm), eines (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2-Leuchtstoffs (λ = 450 nm), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen TV-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,711 0,136 0,137 0,296
    CIEy 0,284 0,731 0,100 0,290
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 5B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar im Vergleich zu dem idealen Weißpunkts also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt) etwas in den blauen Bereich verschoben. Der aufgespannte Farbraum F deckt 97% des sRGB-Farbraums, 86% des DCI-P3-Farbraums, 93% Adobe-Farbraums und 81% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 89% des sRGB-Farbraums, 84% des DCI-P3-Farbraums, 89% Adobe-Farbraums und 76% des Rec2020-Farbraums ab. Die Standard Farbräume werden also sehr gut abgedeckt. Es ergibt sich eine gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) deutlich erhöhte Monitorhelligkeit von 135%.
  • In 6A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 0%; photometrische Helligkeit 0%), eines Ba0,4Eu0,6MgAl10O17-Leuchtstoffs (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 30,1%; photometrische Helligkeit 27,7%), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 16,7%; photometrische Helligkeit 46,5%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 53,2%; photometrische Helligkeit 25,8%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen TV-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,710 0,138 0,125 0,312
    CIEy 0,287 0,700 0,137 0,331
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 6B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 89% des sRGB-Farbraums, 78% des DCI-P3-Farbraums, 84% Adobe-Farbraums und 72% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 75% des sRGB-Farbraums, 69% des DCI-P3-Farbraums, 75% Adobe-Farbraums und 62% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) deutlich erhöhte Monitorhelligkeit von 135%.
  • In 7A ist die Emission eines Referenz-Bauelements mit einem InGaN Halbleiterchip (λ = 444 nm; radiometrische Helligkeit: 33,5%; photometrische Helligkeit 2,72%), eines beta-SiAlON-Leuchtstoffs (λ = 538 nm; radiometrische Helligkeit: 46,0%; photometrische Helligkeit 84,0%) und eines K2SiF6:Mn4+-Leuchtstoffs (λ = 630 nm; radiometrische Helligkeit: 20,5%; photometrische Helligkeit 13,3%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen I). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen TV-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,684 0,264 0,153 0,312
    CIEy 0,310 0,698 0,063 0,330
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 7B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 100% des sRGB-Farbraums, 99% des DCI-P3-Farbraums, 88% Adobe-Farbraums und 73% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 100% des sRGB-Farbraums, 99% des DCI-P3-Farbraums, 93% Adobe-Farbraums und 75% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine Monitorhelligkeit von 110% im Vergleich zur Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)). Damit ist die Monitorhelligkeit, die durch dieses Referenz-Bauelement erzielt wird, deutlich geringer als bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements.
  • In 8A ist die Emission eines Referenz-Bauelements mit einem InGaN Halbleiterchip (λ = 444 nm; radiometrische Helligkeit: 26,6%; photometrische Helligkeit 2,73%), eines beta SiAlON-Leuchtstoffs (λ = 538 nm; radiometrische Helligkeit: 36,9%; photometrische Helligkeit 85,1%) und Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 36,5%; photometrische Helligkeit 12,1%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,697 0,263 0,153 0,312
    CIEy 0,297 0,698 0,064 0,329
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 8B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 100% des sRGB-Farbraums, 99% des DCI-P3-Farbraums, 88% Adobe-Farbraums und 75% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 100% des sRGB-Farbraums, 99% des DCI-P3-Farbraums, 93% Adobe-Farbraums und 80% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine Monitorhelligkeit von 110% im Vergleich zur Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)). Damit ist die Monitorhelligkeit, die durch dieses Referenz-Bauelement erzielt wird, deutlich geringer als bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements. Damit zeigt sich, dass die Kombination des ersten, des zweiten und des dritten Leuchtstoffs und eines Halbleiterchips, der eine Primärstrahlung um UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, überraschenderweise eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Helligkeit erzielt werden kann.
  • In 9A ist die Emission eines Referenz-Bauelements mit einem InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem Y3Al5O12:Ce3+-Leuchtstoff (λ = 555 nm) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2, T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,631 0,305 0,157 0,305
    CIEy 0,330 0,599 0,065 0,333
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 9B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt in der CIE-Normtafel (1931) 95% des sRGB-Farbraums, 70% des DCI-P3-Farbraums, 71% Adobe-Farbraums und 50% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 94% des sRGB-Farbraums, 75% des DCI-P3-Farbraums, 81% Adobe-Farbraums und 55% des Rec2020-Farbraums ab. Im Folgenden wird die sich aus diesem Spektrum ergebende Monitorhelligkeit als Referenz für die Monitorhelligkeit mit einem typischen Smartphone-Filtersystem herangezogen, sie liegt hier also bei 100%.
  • In 10A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 0%; photometrische Helligkeit 0%), eines (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2-Leuchtstoffs (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 21,8%; photometrische Helligkeit 5,2%), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 24,4%; photometrische Helligkeit 68,5%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,0105,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 53,8%; photometrische Helligkeit 26,3%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,697 0,147 0,156 0,312
    CIEy 0,281 0,675 0,094 0,328
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 10B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 91% des sRGB-Farbraums, 80% des DCI-P3-Farbraums, 86% Adobe-Farbraums und 74% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 90% des sRGB-Farbraums, 84% des DCI-P3-Farbraums, 89% Adobe-Farbraums und 74% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) erhöhte Monitorhelligkeit von 114%.
  • In 11A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 8,1%; photometrische Helligkeit 0%), eines (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2-Leuchtstoffs (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 19,7%; photometrische Helligkeit 5,0%), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 22,7%; photometrische Helligkeit 68,8%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 49,6%; photometrische Helligkeit 26,2%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,697 0,147 0,156 0,312
    CIEy 0,281 0,676 0,094 0,329
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 11B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 91% des sRGB-Farbraums, 80% des DCI-P3-Farbraums, 86% Adobe-Farbraums und 74% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 90% des sRGB-Farbraums, 84% des DCI-P3-Farbraums, 89% Adobe-Farbraums und 74% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) erhöhte Monitorhelligkeit von 114%.
  • In 12A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 0%; photometrische Helligkeit 0%), eines Ba0,4Eu0,6MgAl10O17-Leuchtstoffs (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 30,2%; photometrische Helligkeit 28,3%), (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 15,9%; photometrische Helligkeit 45,2%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 53,9%; photometrische Helligkeit 26,6%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,700 0,147 0,145 0,313
    CIEy 0,284 0,612 0,119 0,331
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 12B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 80% des sRGB-Farbraums, 69% des DCI-P3-Farbraums, 74% Adobe-Farbraums und 64% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 77% des sRGB-Farbraums, 71% des DCI-P3-Farbraums, 76% Adobe-Farbraums und 63% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine gegenüber der Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) erhöhte Monitorhelligkeit von 114%.
  • In 13A ist die Emission eines Referenz-Bauelements mit einem InGaN Halbleiterchip (λ = 444 nm; radiometrische Helligkeit: 38,0%; photometrische Helligkeit 3,33%), eines beta SiAlON-Leuchtstoffs (λ = 538 nm; radiometrische Helligkeit: 42,0%; photometrische Helligkeit 82,7%) und eines K2SiF6:Mn4+-Leuchtstoffs (λ = 630 nm; radiometrische Helligkeit: 20,0%; photometrische Helligkeit 14,0%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2, T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,657 0,279 0,162 0,313
    CIEy 0,305 0,639 0,057 0,330
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 13B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 99% des sRGB-Farbraums, 83% des DCI-P3-Farbraums, 79% Adobe-Farbraums und 61% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 97% des sRGB-Farbraums, 89% des DCI-P3-Farbraums, 85% Adobe-Farbraums und 69% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine Monitorhelligkeit von 104% im Vergleich zur Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)). Damit ist die Monitorhelligkeit, die durch dieses Referenz-Bauelement erzielt wird, deutlich geringer als bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements.
  • In 14A ist die Emission eines Referenz-Bauelements mit einem InGaN Halbleiterchip (λ = 444 nm; radiometrische Helligkeit: 30,4%; photometrische Helligkeit 3,36%), eines beta SiAlON-Leuchtstoffs (λ = 538 nm; radiometrische Helligkeit: 33,7%; photometrische Helligkeit 83,8%) und Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 35,9%; photometrische Helligkeit 12,9%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Smartphone-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2 und T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,697 0,263 0,153 0,312
    CIEy 0,297 0,698 0,064 0,329
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 14B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 100% des sRGB-Farbraums, 99% des DCI-P3-Farbraums, 88% Adobe-Farbraums und 75% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 100% des sRGB-Farbraums, 99% des DCI-P3-Farbraums, 93% Adobe-Farbraums und 80% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine Monitorhelligkeit von 110% im Vergleich zur Referenz (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)). Damit ist die Monitorhelligkeit, die durch dieses Referenz-Bauelement erzielt wird, geringer als bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements. Damit zeigt sich, dass die Kombination des ersten, des zweiten und des dritten Leuchtstoffs und eines Halbleiterchips, der eine Primärstrahlung um UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, überraschenderweise eine im Vergleich zum Stand der Technik erhöhte Helligkeit erzielt werden kann.
  • In 15A ist die Emission eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip (λ = 398 nm; radiometrische Helligkeit: 0%; photometrische Helligkeit 0%), eines (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2-Leuchtstoffs (λ = 450 nm; radiometrische Helligkeit: 20,9%; photometrische Helligkeit 4,8%), eines (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17-Leuchtstoffs (λ = 516 nm; radiometrische Helligkeit: 25,4%; photometrische Helligkeit 69,6%) und eines Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F-Leuchtstoffs (λ = 658 nm radiometrische Helligkeit: 53,7%; photometrische Helligkeit 25,6%) dargestellt (Kurve mit dem Bezugszeichen II). Zusätzlich ist die Transmission eines typischen Computer-Filtersystems gezeigt (Kurven mit dem Bezugszeichen T1, T2, T3). Die Farbortanalyse ergibt einen aus dem Spektrum resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931):
    Rot Grün Blau Weiß
    CIEx 0,710 0,138 0,144 0,313
    CIEy 0,286 0,750 0,054 0,329
  • Der aufgespannte Farbraum ist in 15B dargestellt und mit dem Bezugszeichen F versehen. Der Weißpunkt ist mit dem Bezugszeichen W versehen und liegt wie erkennbar direkt an der Position des idealen Weißpunkts, also des Zielfarborts des Transmissionsspektrums (als Kreis dargestellt). Der aufgespannte Farbraum F deckt 100% des sRGB-Farbraums, 93% des DCI-P3-Farbraums, 98% Adobe-Farbraums und 89% des Rec2020-Farbraums ab. Der aufgespannte Farbraum F deckt im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) 100% des sRGB-Farbraums, 97% des DCI-P3-Farbraums, 100% Adobe-Farbraums und 95% des Rec2020-Farbraums ab. Es ergibt sich eine Monitorhelligkeit im Vergleich zu dem Referenz-Bauelement (InGaN Halbleiterchip (λ = 438 nm) und einem YAG:Ce-Leuchtstoff (λ = 555 nm)) von 136%.
  • Das in 16a dargestellte Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 weist einen ersten Halbleiterchip 2 auf, der im Betrieb Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Der erste Halbleiterchip 2 basiert auf Aluminiumindiumgalliumnitrid. Der erste Halbleiterchip 2 ist auf einem ersten Anschluss 4 und einem zweiten Anschluss 5 befestigt und elektrisch mit diesen Anschlüssen kontaktiert. Die Anschlüsse 4, 5 sind mit Durchkontaktierungen 4a und 5a elektrisch verbunden.
  • Bei dem in 16a dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite elektrische Anschluss 4, 5 in ein lichtundurchlässiges, zum Beispiel vorgefertigtes Grundgehäuse 10 mit einer Ausnehmung 11 eingebettet. Unter ”vorgefertigt” ist zu verstehen, dass das Grundgehäuse 10 bereits an den Anschlüssen 4, 5 beispielsweise mittels Spritzguss fertig gebildet ist, bevor der erste Halbleiterchip 2 auf die Anschlüsse 4, 5 montiert wird. Das Grundgehäuse 10 umfasst zum Beispiel einen lichtundurchlässigen Kunststoff und die Ausnehmung 11 ist hinsichtlich ihrer Form als Reflektor für die Primärstrahlung und Sekundärstrahlung ausgebildet, wobei die Reflexion gegebenenfalls durch eine geeignete Beschichtung der Innenwände der Ausnehmung 11 realisiert werden kann. Die Anschlüsse 4, 5 sind aus einem Metall gebildet, das eine Reflektivität für UV-Strahlung größer als 60%, bevorzugt größer als 70%, besonders bevorzugt größer als 80% aufweist, beispielsweise Ag oder Al.
  • Das Konversionselement 6 ist beim Ausführungsbeispiel der 16a in Form eines Vergusses ausgebildet und füllt die Ausnehmung 11, wie in 16A gezeigt, aus. Dabei umfasst das Konversionselement ein Silikon oder ein Epoxid, in dem Partikel eines ersten Leuchtstoffs der Formel (Sr0,96Eu0,04)10(PO4)6Cl2 oder Ba0,4Eu0,6MgAl10O17, Partikel eines zweiten Leuchtstoffs der Formel (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.7Mn0.3)Al10O17 und Partikel eines dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F, eingebettet sind. Die Gesamtstrahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel nach oben über das Konversionselement 6 abgestrahlt.
  • In dem in 16b dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1, ist das Konversionselement 6 im Unterschied zu dem Bauelement in 16A als eine Schicht ausgebildet, die über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Die Schicht ist über der Strahlungsaustrittsfläche des ersten Halbleiterchips 2 angeordnet. Es ist möglich, dass die Schicht auch die Seitenwände des ersten Halbleiterchips 2 bedeckt (hier nicht gezeigt).
  • In dem in 17a dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 ist im Unterschied zu dem Bauelement in 16a der erste Halbleiterchip 2 nur auf einem ersten Anschluss 4 befestigt. Eine Vorderseitenkontaktschicht 5b ist auf dem Halbleiterchip 2 auf dessen Strahlungsaustrittsfläche 2a zu dessen elektrischer Kontaktierung angeordnet, wobei die Vorderseitenkontaktschicht 5b über einen Bonddraht 12 mit dem elektrischen Anschluss 5 kontaktiert ist. Die Gesamtstrahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel nach oben über das Konversionselement 6 abgestrahlt.
  • In dem in 17b dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 ist im Unterschied zu dem Bauelement in 16a der erste Halbleiterchip 2 nur auf einem ersten Anschluss 4 befestigt. Eine Vorderseitenkontaktschicht 5b ist auf dem Halbleiterchip 2 auf dessen Strahlungsaustrittsfläche 2a zu dessen elektrischer Kontaktierung angeordnet, wobei die Vorderseitenkontaktschicht 5b über einen Bonddraht 12 mit dem elektrischen Anschluss 5 kontaktiert ist. Das Konversionselement 6 ist als eine Schicht ausgebildet, die über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform umgibt die Schicht den ersten Halbleiterchip 2 formschlüssig an den Seitenwänden und der Strahlungsaustrittsfläche 2a. Die Ausnehmung 11 ist mit einem Verguss ausgefüllt. Die Gesamtstrahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel nach oben über das Konversionselement 6 und den Verguss abgestrahlt.
  • In dem in 18a dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 ist im Unterschied zu dem Bauelement in 17a eine weitere Vorderseitenkontaktschicht 4b auf dem ersten Halbleiterchip 2 auf dessen Strahlungsaustrittsfläche 2a zu dessen elektrischer Kontaktierung angeordnet, wobei die Vorderseitenkontaktschicht 4b über einen Bonddraht 12 mit dem elektrischen Anschluss 4 kontaktiert ist. Die Gesamtstrahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel nach oben über das Konversionselement 6 abgestrahlt.
  • In dem in 18b dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1, ist das Konversionselement 6 im Unterschied zu dem Bauelement in 18a als eine Schicht ausgebildet, die über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Die Ausnehmung 11 ist mit einem Verguss ausgefüllt.
  • In dem in 19 dargestellten Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 sind der erste und der zweite elektrische Anschluss 4, 5 über dem ersten Halbleiterchip 2 auf dessen Strahlungsaustrittsfläche 2a angeordnet. Über dem ersten Halbleiterchip 2 ist das Konversionselement 6 angeordnet, welches als eine Schicht ausgebildet ist. Die Gesamtstrahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel seitlich über das Konversionselement 6 abgestrahlt.
  • Das in 20a dargestellte Ausführungsbeispiel weist im Unterschied zu dem Bauelement in 16a einen zweiten Halbleiterchip 2b auf, der im Betrieb Primärstrahlung im roten oder grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert. Der zweite Halbleiterchip 2b ist auf dem zweiten Anschluss 5 und einem dritten Anschluss 3 befestigt. Der Anschluss 3 ist mit einer Durchkontaktierungen 3a elektrisch verbunden. Die Gesamtstrahlung wird in diesem Ausführungsbeispiel nach oben über das Konversionselement 6 abgestrahlt. Das Konversionselement 6 umfasst im Falle eines rot emittierenden zweiten Halbleiterchips 2b ein Silikon oder ein Epoxid, in dem ZrO2-Partikel, Partikel eines ersten Leuchtstoffs beispielsweise der Formel (Sr0,98Eu0,02)10(PO4)6Cl2 oder Ba0,5Eu0,5MgAl10O17 und Partikel eines zweiten Leuchtstoffs beispielsweise der Formel (Ba0.7Eu0.3)(Mg0.65Mn0.35)Al10O17 eingebettet sind. Im Falle eines grün emittierenden zweiten Halbleiterchips 2b umfasst das Konversionselement ein Silikon oder ein Epoxid, in dem ZrO2-Partikel, Partikel eines ersten Leuchtstoffs beispielsweise der Formel (Sr0,98Eu0,02)10(PO4)6Cl2 oder Ba0,5Eu0,5MgAl10O17 und Partikel eines dritten Leuchtstoff beispielsweise der Formel Mg4Ge0,99Mn0,01O5,5F eingebettet sind.
  • Bei dem in 20b dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Konversionselement 6 im Unterschied zu dem Bauelement in 20a als eine Schicht ausgebildet, die über dem ersten Halbleiterchip 2 angeordnet ist. Die Ausnehmung 11 ist mit einem Verguss ausgefüllt.
  • 21 zeigt Emissionsspektren von (Sr0,95Eu0,05)10(PO4)6Cl2 (Kurve mit dem Bezugszeichen III), (Sr0,7Ca0,25Eu0,05)10(PO4)6Cl2 (Kurve mit dem Bezugszeichen IV), Ba0,9Eu0,1MgAl10O17 (Kurve mit dem Bezugszeichen V) und Ba0,7Eu0,3MgAl10O17 (Kurve mit dem Bezugszeichen VI) bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von 400 nm. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität der Emission.
  • 22 zeigt das Emissionsspektrum von Ba0,7Eu0,3Mg0,7Mn0,3Al10O17 bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von 400 nm. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität der Emission.
  • 23 zeigt das Emissionsspektrum von Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,01 bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von 400 nm. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität der Emission.
  • 23a zeigt die Emissionsspektren von Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,01, q = 0,02 und q = 0,03 bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von 400 nm. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität der Emission. Wie ersichtlich ändert sich das Emissionsspektrum des bei einer Änderung des Mn-Anteils von q = 0,01 zu 0,03 nicht beziehungsweise nur sehr geringfügig.
  • 24 zeigt das Emissionsspektrum eines Bauelements mit einem AlInGaN Halbleiterchip und einem Konversionselement umfassend (Sr0,95Eu0,05)10(PO4)6Cl2, Ba0,7Eu0,3Mg0,7Mn0,3Al10O17 und Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,01 bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums mit einer Peakwellenlänge von 405 nm. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität der Emission.
  • In 25 ist auf der x-Achse der u'-Anteil der Grundfarbe rot und auf der y-Achse der v'-Anteil der Grundfarbe grün des CIE-LUV-Farbraumsystem (1976) aufgetragen. Das mit dem Bezugszeichen c aufgespannte Dreieck entspricht dem Rec2020-Farbraum, das mit dem Bezugszeichen b aufgespannte Dreieck entspricht dem Farbraum eines Referenz Bauelements mit einen typischen Farbfiltersystem und das mit dem Bezugszeichen a aufgespannte Dreieck entspricht dem Farbraum eines Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches wie unter 24 dargestellt aufgebaut ist mit einen typischen Farbfiltersystem. Das Referenz-Bauelement weist einen Halbleiterchip auf, der eine Primärstrahlung mit einer Peakwellenlänge von 448 nm emittiert und ein Konversionselement mit einem grünen Eu2+-dotierten Nitrido-Orthosilikat Leuchtstoff und einem roten Eu2+-CaAlSiN3 Leuchtstoff. Die Farbortanalyse des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ergibt einen resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931) und im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976):
    Rot Grün Blau Weiß (nach Filter)
    CIEx 0,705 0,144 0,143 0,276
    CIEy 0,283 0,644 0,091 0,275
    CIEu' 0,566 0,055 0,150 0,192
    CIEy' 0,511 0,555 0,215 0,431
  • Die Farbortanalyse der Referenz ergibt einen resultierenden aufgespannten Farbraum mit folgenden Eckpunkten (rot, grün und blau) und folgendem Weißpunkt in der CIE-Normtafel (1931) und im CIE-LUV-Farbraumsystem (1976):
    Rot Grün Blau Weiß (nach Filter)
    CIEx 0,663 0,271 0,151 0,270
    CIEy 0,319 0,604 0,057 0,260
    CIEu' 0,483 0,112 0,178 0,193
    CIEy' 0,522 0,560 0,153 0,420
  • Wie 25 zeigt, weist das Farbdreieck a einen Überdeckungsgrad mit dem rec2020 Standarddreieck c auf, der mindestens 75% beträgt, während das Farbdreieck b einen Überdeckungsgrad mit dem rec2020 Standarddreieck von 66% aufweist. In der CIE-Normtafel (1931) weist der durch das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel aufgespannte Farbraum einen Überdeckungsgrad mit dem rec2020-Standarddreieck von mindestens 71% auf, während das aufgespannte Farbdreieck der Referenz einen Überdeckungsgrad mit dem rec2020-Standarddreieck von nur 58% aufweist (hier nicht gezeigt).
  • In 26 ist auf der x-Achse die Mangan Konzentration z des zweiten Leuchtstoffs der Formel Ba1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17 und auf der y-Achse die relative Quanteneffizienz in Prozent aufgetragen. Alle Werte sind auf die Quanteneffizienz des Leuchtstoffs mit p = 0,05 und z = 0,1 normiert, also auf den Leuchtstoff der der Formel Ba0,95Eu0,05(Mg0,9Mn0,1)Al10O17, dessen relative Quanteneffizienz also bei 100% liegt (Wert mit dem Bezugszeichen R1). Die mit einer Raute versehenen Werte sind Leuchtstoffen mit p = 0,05, die mit einem Quadrat versehenen Werte Leuchtstoffen mit p = 0,1 und die mit einem Kreis versehenen Werte Leuchtstoffen mit p = 0,2 zugeordnet. Wie ersichtlich wird bei einem gegebenen Wert für z für alle Leuchtstoffe eine hohe relative Quanteneffizienz erzielt. Besonders hoch ist diese bei den Leuchtstoffen mit z kleiner oder gleich 0,35 auf. Daher ist z ganz besonders bevorzugt 0 < z ≤ 0,35.
  • In 27A ist auf der x-Achse die Mangan Konzentration z des zweiten Leuchtstoffs der Formel Ba1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17 und auf der y-Achse der x-Anteil der Grundfarbe rot der CIE-Normtafel (1931) aufgetragen. In 27B ist auf der x-Achse die Mangan Konzentration z des zweiten Leuchtstoffs der Formel Ba1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17 und auf der y-Achse der y-Anteil der Grundfarbe grün der CIE-Normtafel (1931) aufgetragen. Die mit einer Raute versehenen Werte sind Leuchtstoffen mit p = 0,05, die mit einem Quadrat versehenen Werte Leuchtstoffen mit p = 0,1 und die mit einem Kreis versehenen Werte Leuchtstoffen mit p = 0,2 zugeordnet. Wie aus 27B ersichtlich besteht eine starke Korrelation zwischen z und dem y-Anteil der Grundfarbe grün der CIE-Normtafel (1931). Ausführungsbeispiele des zweiten Leuchtstoffs mit z ≥ 0,3 zeigen eine besonders gesättigte Emission im grünen Spektralbereich mit einem y-Anteil der Grundfarbe grün der CIE-Normtafel (1931) von über 0,6, die für die Hinterleuchtung von Farbfiltersystemen besonders vorteilhaft sind. Daher ist z ganz besonders bevorzugt 0,3 ≤ z ≤ 0,5.
  • In 28 ist auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die relative diffuse Reflektivität in Prozent aufgetragen. Die Kurven der relativen diffusen Reflektivität mit den Bezugszeichen A1 bis A5 sind folgenden Ausführungsbeispielen des ersten Leuchtstoffs zugeordnet:
    Al: (Sr0,95Eu0,05)10(PO4)6Cl2;
    A2: (Sr0,7Ca0,25Eu0,05)10(PO4)6Cl2;
    A3: Ba0,7Eu0,3MgAl10O17;
    A4: Ba0,9Eu0,1MgAl10O17;
    A5: Ba0,94Eu0,06MgAl10O17.
  • In 29 ist auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die relative diffuse Reflektivität in Prozent aufgetragen. Die Kurve zeigt die relative diffuse Reflektivität eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Leuchtstoffs der Formel (Ba0,7Eu0,3)(Mg0,7Mn0,3)Al10O17.
  • In 30 ist auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die relative diffuse Reflektivität in Prozent aufgetragen. Die Kurven der relativen diffusen Reflektivität mit den Bezugszeichen B1 bis B5 sind folgenden Ausführungsbeispielen des zweiten Leuchtstoffs Ba1-pEup(Mg0,7Mn0,3)Al10O17 zugeordnet
    B1: p = 0,1;
    B2: p = 0,2;
    B3: p = 0,3;
    B4: p = 0,4;
    B5: p = 0,6.
  • In 31 ist auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die relative diffuse Reflektivität in Prozent aufgetragen. Die Kurven der relativen diffusen Reflektivität mit den Bezugszeichen C1 bis C3 sind folgenden Ausführungsbeispielen des dritten Leuchtstoffs Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6:
    C1: q = 0,01;
    C2: q = 0,02;
    C3: q = 0,03.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (14)

  1. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) umfassend einen ersten Halbleiterchip (2), der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und ein Konversionselement (6) umfassend – einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und x = 0,01–0,12 oder einen ersten Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und y = 0,01–0,9, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine erste Sekundärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert, – einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst mit p = 0,01–0,7 und z = 0,05–0,5, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert, – einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,001–0,06, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine dritte Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert.
  2. Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei die Peakwellenlänge der emittierten Primärstrahlung des Halbleiterchips im Bereich von 365 nm–420 nm liegt.
  3. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste, der zweite und der dritte Leuchtstoff eine starke Absorption im Bereich von 380 nm–430 nm aufweisen.
  4. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Peakwellenlänge der ersten Sekundärstrahlung im Bereich von 420 nm bis 460 nm, die Peakwellenlänge der zweiten Sekundärstrahlung im Bereich von 500 nm bis 540 nm und die Peakwellenlänge der dritten Sekundärstrahlung im Bereich von 625 nm bis 665 nm liegt.
  5. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sekundärstrahlung, die zweite Sekundärstrahlung und/oder die dritte Sekundärstrahlung eine Halbwertsbreite unter 45 nm aufweisen.
  6. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) umfassend einen ersten Halbleiterchip (2), der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert, einen zweiten Halbleiterchip (2b), der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung im grünen oder roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und ein Konversionselement (6) umfassend – einen ersten Leuchtstoff der Formel (M1-xEux)10(PO4)6(Cl, F)2, wobei M = Sr oder M = Sr und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Ba umfasst und x = 0,01–0,12 oder einen ersten Leuchtstoff der Formel M1-yEuyMgAl10O17, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst und y = 0,01–0,9, der die von dem ersten Halbleiterchip (2) emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine erste Sekundärstrahlung im blauen Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert.
  7. Bauelement nach Anspruch 6, wobei der zweite Halbleiterchip (2b) im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und das Konversionselement einen dritten Leuchtstoff der Formel Mg4Ge1-qMnq(O, F)6 mit q = 0,001–0,06 umfasst, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine dritte Sekundärstrahlung im roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert.
  8. Bauelement nach Anspruch 6, wobei der zweite Halbleiterchip (2b) im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert und das Konversionselement einen zweiten Leuchtstoff der Formel M1-pEup(Mg1-zMnz)Al10O17 umfasst, wobei M = Ba oder M = Ba und ein oder mehrere Elemente, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Mg, Ca und Sr umfasst mit p = 0,01–0,7 und z = 0,05–0,5, der die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements teilweise in eine zweite Sekundärstrahlung im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertiert.
  9. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtstoffe in Form von Partikeln vorliegen, die eine mittlere Partikelgröße von 50 nm bis 100 μm aufweisen.
  10. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Konversionselement (6) Teil eines Vergusses des ersten Halbleiterchips (2) ist oder das Konversionselement (6) den Verguss bildet.
  11. Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Konversionselement (6) als eine Schicht ausgebildet und direkt auf den ersten Halbleiterchip (2) aufgebracht ist.
  12. Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Konversionselement (6) als eine Platte oder Folie ausgebildet ist, die über dem ersten Halbleiterchip (2) aufgebracht ist.
  13. Verwendung eines strahlungsemittierenden optoelektronisches Bauelements (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Hinterleuchtung von Farbfiltersystemen.
  14. Beleuchtungseinheit mit: – einem strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und – einem Farbfiltersystem umfassend einen blauen Filter, einen grünen Filter und einen roten Filter, die das Licht des Gesamtspektrums des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements (1) zu Licht eines Transmissionsspektrums filtern.
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