Leuchtdiodenmodul und Verfahren zum Betreiben eines

Leuchtdiodenmodul s

Es wird ein Leuchtdiodenmodul angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtdiodenmoduls

angegeben .

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtdiodenmodul sowie ein Verfahren zum Betreiben des Leuchtdiodenmoduls anzugeben, wobei sich ein Farbwiedergabeindex einer von dem Leuchtdiodenmodul erzeugten Strahlung gegenüber

Temperaturänderungen nicht oder kaum ändert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls umfasst dieses einen oder mehrere erste Leuchtdiodenchips. Bei den Leuchtdiodenchips handelt es sich insbesondere um eine erste Strahlung im blauen Spektralbereich oder im blaugrünen Spektralbereich emittierende Leuchtdiodenchips, kurz LEDs .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das

Leuchtdiodenmodul einen oder mehrere zweite Leuchtdiodenchips auf. Der wenigstens eine zweite Leuchtdiodenchip ist dazu eingerichtet, im Betrieb eine zweite Strahlung zu emittieren, wobei die zweite Strahlung im roten Spektralbereich oder im orange-roten Spektralbereich liegt.

Halbleiterschichtenfolgen der ersten und zweiten

Leuchtdiodenchips basieren bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In]_ _ _n _ _m Ga _m N oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In]_ _ _n _ _m Ga _m P oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al _n In _] _ _ _n _ _m Ga _m As , wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m ^ 1 ist. Dabei können die Halbleiterschichtenfolgen

Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen

Bestandteile des Kristallgitters der

Halbleiterschichtenfolgen, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.

Insbesondere basiert der erste Leuchtdiodenchip auf dem

Materialsystem AlInGaN und der zweite Leuchtdiodenchip auf dem Materialsystem InGaAlP.

Die Halbleiterschichtenfolgen umfassen zumindest eine aktive Schicht, die zur Erzeugung einer elektromagnetischen

Strahlung eingerichtet ist. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur . Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im

Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm oder zwischen einschließlich 450 nm und 480 nm sowie zwischen einschließlich 600 nm und 660 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das

Leuchtdiodenmodul ein oder mehrere Konversionselemente. Das Konversionselement ist ausschließlich oder mindestens dem ersten Leuchtdiodenchip nachgeordnet und zur Umwandlung eines Teils der ersten Strahlung, die im blauen Spektralbereich liegt, in eine dritte Strahlung mit Wellenlängen im grünen oder grün-gelben oder grün-orangen Spektralbereich

eingerichtet. Weist das Leuchtdiodenmodul mehrere erste Leuchtdiodenchips auf, so ist das Konversionselement

mindestens einem der ersten Leuchtdiodenchips, bevorzugt allen ersten Leuchtdiodenchips, nachgeordnet oder jedem der ersten Leuchtdiodenchips ist ein separates Konversionselement zugeordnet. Nachgeordnet kann bedeuten, dass sich das

Konversionselement in einem Strahlweg der von dem

Leuchtdiodenchip emittierten Strahlung befindet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das

Konversionselement einen ersten Leuchtstoff sowie einen zweiten Leuchtstoff. Der erste Leuchtstoff ist hierbei dazu eingerichtet, kurzwelliger zu emittieren als der zweite

Leuchtstoff. Das heißt, ein von dem ersten Leuchtstoff emittiertes Spektrum führt zu einer kleineren dominanten Wellenlänge als das vom zweiten Leuchtstoff emittierte

Spektrum. Mit anderen Worten ist es möglich, dass alle beide Leuchtstoffe gemeinsam dem ersten Leuchtdiodenchip

nachgeordnet sind.

Es ist die dominante Wellenlänge insbesondere die

Wellenlänge, die sich als Schnittpunkt der Spektralfarblinie der CIE-Normfarbtafel mit einer geraden Linie ergibt, wobei diese gerade Linie, ausgehend vom Weißpunkt in der CIE- Normfarbtafel , durch den tatsächlichen Farbort der Strahlung verläuft. Im allgemeinen ist die dominante Wellenlänge von einer Wellenlänge, bei der eine höchste Strahlungsintensität emittiert wird, englisch peak wavelength, verschieden.

Hinsichtlich einer Emissionswellenlänge wird nachfolgend jeweils auf die dominante Wellenlänge Bezug genommen, sofern nicht anders angegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste

Leuchtstoff im langwelligen blauen Spektralbereich eine zu größeren Wellenlängen hin abnehmende Absorption auf. Ferner weist der zweite Leuchtstoff im mittleren blauen

Spektralbereich ein Absorptionsmaximum auf. Mit anderen

Worten weisen der erste Leuchtstoff und der zweite

Leuchtstoff im blauen Spektralbereich, in dem die erste

Strahlung liegt, unterschiedliche Absorptionsverhalten auf.

In mindestens einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist dieses mindestens einen ersten Leuchtdiodenchip auf, der auf dem Materialsystem AlInGaN basiert und der dazu eingerichtet ist, eine erste Strahlung im blauen

Spektralbereich zu emittieren. Weiterhin umfasst das

Leuchtdiodenmodul mindestens einen zweiten Leuchtdiodenchip, der auf dem Materialsystem InGaAlP basiert und der dazu eingerichtet ist, eine zweite Strahlung im roten

Spektralbereich zu emittieren. Ein Konversionselement des Leuchtdiodenmoduls ist mindestens dem ersten Leuchtdiodenchip nachgeordnet und zur Umwandlung eines Teils der ersten

Strahlung in eine dritte Strahlung eingerichtet, wobei die dritte Strahlung im grünen bis grün-gelben Spektralbereich liegt. Das Konversionselement umfasst einen erste Leuchtstoff sowie einen zweiten Leuchtstoff, wobei der erste Leuchtstoff dazu eingerichtet ist, kurzwelliger zu emittieren als der zweite Leuchtstoff. Der erste Leuchtstoff weist im

langwelligen blauen Spektralbereich eine zu größeren

Wellenlängen hin abnehmende Absorption auf und der zweite Leuchtstoff weist im mittleren blauen Spektralbereich ein Absorptionsmaximum auf.

Eine von einem Leuchtdiodenchip emittierte Strahlungsleistung ist insbesondere abhängig von der Temperatur des

Leuchtdiodenchips. Bei auf InGaAlP basierenden

Halbleiterchips sinkt eine emittierte Lichtleistung bei Temperaturzunahme stärker ab als bei InGaN-basierten

Leuchtdiodenchips. Dies führt zu einer vergleichsweise starken Abhängigkeit des Farborts des emittierten Lichts von der Temperatur der Leuchtdiodenchips. Nach einem Einschalten des Leuchtdiodenmoduls dauert es beispielsweise bis zu 10 Minuten oder bis zu 30 Minuten, bis eine stationäre

Betriebstemperatur der Leuchtdiodenchips und des umgebenden Konversionselements erreicht ist. Während dieser Zeitspanne kann es daher zu Farbortänderungen kommen. In vielen

Anwendungen ist diese Farbortänderung unerwünscht,

beispielsweise in der Allgemeinbeleuchtung oder etwa bei der Hinterleuchtung von Displays.

Zudem verschiebt sich mit steigender Temperatur eine

Emissionswellenlänge insbesondere des auf AIInGaN-basierenden Leuchtdiodenchips hin zu größeren Wellenlängen.

Beispielsweise beträgt eine solche Wellenlängenverschiebung zwischen einschließlich 3 nm und 5 nm, bezogen auf die dominante Wellenlänge und bezogen auf eine

Temperaturveränderung von Raumtemperatur hin zur

Betriebstemperatur von ungefähr 80° C bis ungefähr 100° C. Auch hierdurch wird eine Farbortverschiebung des vom

Leuchtdiodenmodul emittierten Lichts ausgelöst.

Bei dem angegebenen Leuchtdiodenmodul weist das

Konversionselement zwei verschiedene Leuchtstoffe auf mit unterschiedlicher Absorptionscharakteristik im blauen

Spektralbereich. Steigt die Temperatur des ersten

Leuchtdiodenchips an und verschiebt sich dessen

Emissionswellenlänge hin zu größeren Wellenlängen, so wird ein zunehmender Anteil der ersten Strahlung in dem zweiten Leuchtstoff absorbiert, während der relative Anteil von im ersten Leuchtstoff absorbierter und umgewandelter erster Strahlung abnimmt. Hierdurch emittiert der zweite Leuchtstoff verstärkt und die von dem gesamten Konversionselement

emittierte zweite Strahlung verschiebt sich daher mit

steigender Temperatur zu größeren Wellenlängen. Dies führt insbesondere dazu, dass sich ein Farbort der von dem

Leuchtdiodenmodul insgesamt emittierten Strahlung nicht oder weniger stark verschiebt .

Bei herkömmlichen Konversionsmitteln mit nur einem

Leuchtstoff, der insbesondere auf einem Granat wie YAG:Ce basiert, verschiebt sich mit zunehmender Temperatur eine Emissionswellenlänge hin zu kürzeren Wellenlängen. Da sich eine Emission des zweiten, im roten Spektralbereich

emittierenden Leuchtdiodenchips mit steigender Temperatur auch zu größeren Wellenlängen hin verschiebt, bildet sich im gesamten, von dem Leuchtdiodenmodul emittierten

Strahlungsspektrum eine Lücke zwischen der Emission des zweiten Leuchtdiodenchips und eines solchen

Konversionsmittels. Diese Lücke im Emissionsspektrum führt zu einer Abnahme des Farbwiedergabeindexes bei zunehmender

Temperatur der Leuchtdiodenchips sowie des

Konversionsmittels. Ein von der Temperatur abhängiger

Farbwiedergabeindex ist in vielen Anwendungen ebenfalls unerwünscht .

Dadurch, dass das Konversionselement die zwei Leuchtstoffe aufweist, ist eine spektrale Lücke zwischen der zweiten

Strahlung und der dritten Strahlung bei zunehmender

Temperatur vermeidbar und ein von der Temperatur unabhängiger Farbwiedergabeindex ist realisierbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist der erste Leuchtstoff eine dominante Emissionswellenlänge auf, die kleiner oder gleich 570 nm oder kleiner oder gleich 566 nm oder kleiner oder gleich 562 nm ist. Weiterhin weist der zweite Leuchtstoff eine dominante Emissionswellenlänge auf, die größer oder gleich 570 nm oder größer oder gleich 572 nm oder größer oder gleich 574 nm ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist der erste Leuchtstoff ein Absorptionsspektrum auf, bei dem zwischen einschließlich 450 nm und 460 nm mit zunehmender Wellenlänge eine Absorption abnimmt. Das heißt, die

Absorption des ersten Leuchtstoffs nimmt von 450 nm hin zu 460 nm monoton oder streng monoton ab.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite

Leuchtstoff ein Absorptionsmaximum zwischen einschließlich 450 nm und 470 nm auf, beispielsweise bei zirka 460 nm. Es ist also möglich, dass in dem Spektralbereich insbesondere zwischen einschließlich 450 nm und 460 nm, in dem die

Emissionswellenlänge des ersten Leuchtdiodenchips liegen kann, eine Absorption des ersten Leuchtstoffs und des zweiten Leuchtstoffs gegenläufig zueinander verlaufen, dass also die Absorption des ersten Leuchtstoffs zu größeren Wellenlängen hin abnimmt und die Absorption des zweiten Leuchtstoffs zu größeren Wellenlängen hin zunimmt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegen die Leuchtstoffe in Form von Partikeln vor. Ein mittlerer Durchmesser der Leuchtstoffpartikel liegt dann beispielsweise bei mindestens 2 μπι oder bei mindestens 3 um oder bei mindestens 5 μπι. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere Durchmesser höchstens 20 μπι oder höchstens 15 μπι oder höchstens 40 um. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls umfasst das Konversionselement, das dem ersten

Leuchtdiodenchip nachgeordnet ist, ein erstes Matrixmaterial und erste Streupartikel . Die ersten Streupartikel sind bevorzugt in das erste Matrixmaterial eingebettet . Ein

Brechungsindexunterschied zwischen dem ersten Matrixmaterial und den ersten Streupartikeln ist bei einer Temperatur von 300 K kleiner als bei einer Temperatur von 380 K oder bei einer Temperatur von 400 K.

Durch solche erste Streupartikel und ein solches erstes Matrixmaterial wird bei einer Temperatur von 300 K, also ungefähr Raumtemperatur, eine geringere Streuung bewirkt als bei einer stationären Betriebstemperatur, also bei ungefähr 380 K oder ungefähr 400 K. Eine streuende Wirkung steigt somit mit zunehmender Temperatur in dem angegebenen

Temperaturbereich an. Dies führt dazu, dass in dem

Konversionselement die erste Strahlung im blauen

Spektralbereich mit zunehmender Temperatur eine größere mittlere Weglänge zurücklegt und dass eine

Konversionseffizienz der ersten Strahlung in die zweite Strahlung ansteigt. Es gelangt dann also anteilig weniger erste Strahlung aus dem Leuchtdiodenmodul, wenn sich die Temperatur erhöht .

Bei zunehmender Temperatur verschiebt sich die erste

Strahlung hin zu größeren Wellenlängen, beispielsweise um einen Wert zwischen einschließlich 2 nm und 5 nm. Da eine maximale Empfindlichkeit des blauen Farbrezeptors im

menschliche Auge bei ungefähr 450 nm liegt, verschiebt sich der Farbort der ersten Strahlung hin ins Blaue, zumindest falls eine Wellenlänge maximaler Intensität des ersten Strahlung bei Raumtemperatur unterhalb von 450 nm liegt, wie vorliegend bevorzugt der Fall.

Durch ein wie angegeben gestaltetes Konversionselement ist der Anteil der emittierten ersten Strahlung dann

verkleinerbar und der Effekt des Verschiebens der dominanten Wellenlänge der ersten Strahlung mit der Temperatur ist reduzierbar oder kompensierbar. Alternativ oder zusätzlich kann eine Farbortverschiebung in Richtung Blau auch dadurch auftreten, dass eine Konversionseffizienz der Leuchtstoffe bei zunehmender Temperatur abnimmt . Auch die

Farbortverschiebung aufgrund diesen Effekts ist durch die Kombination der beiden Leuchtstoffe zumindest reduzierbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind der erste Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff zwischen dem ersten Leuchtdiodenchip und den ersten

Streupartikeln angeordnet. Das heißt, entlang einer

Abstrahlrichtung des ersten Leuchtdiodenchips gesehen, folgt das Matrixmaterial mit den ersten Streupartikeln den beiden Leuchtstoffen nach. Die beiden Leuchtstoffe sind hierbei bevorzugt in einem Leuchtstoffplättchen mit einer

Keramikmatrix eingebettet .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind der erste Leuchtstoff und der zweite Leuchtstoff mit den ersten Streupartikeln nicht vermischt. Das heißt, mindestens der erste Leuchtstoff und/oder der zweite Leuchtstoff liegen räumlich getrennt von den ersten Streupartikeln vor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind der erste Leuchtstoff und/oder der zweite Leuchtstoff mit den ersten Streupartikeln durchmischt. Die Durchmischung kann homogen sein. Ebenso ist es möglich, dass einer der Leuchtstoffe oder beide Leuchtstoffe sedimentiert sind, sodass eine Konzentration der Leuchtstoffe in eine Richtung weg von dem ersten Leuchtdiodenchip abnimmt und dass eine Konzentration der ersten Streupartikel in Richtung weg von dem ersten Leuchtdiodenchip zunimmt .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist dem zweiten Leuchtdiodenchip, der insbesondere im roten Spektralbereich emittiert, ein Streukörper nachgeordnet. Bei einer Temperatur von 300 K weist der Streukörper ein größeres Streuvermögen auf als bei einer Temperatur von 380 K oder 400 K. Bei einer Temperatur von 300 K wird die zweite

Strahlung also stärker gestreut als bei einer Temperatur von zum Beispiel 400 K. Insbesondere ist der Streukörper bei einer Temperatur von ungefähr 400 K klarsichtig und weist keine oder keine signifikante Streuwirkung mehr auf. Solche Streukörper 4 sind in der Druckschrift DE 10 2010 034 915 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug mit aufgenommen wird.

Durch einen solchen Streukörper ist die stärkere

Leistungsabhängigkeit bei Temperaturänderungen des zweiten Leuchtdiodenchips, im Vergleich zum ersten Leuchtdiodenchip, mindestens zum Teil kompensierbar. Da bei Raumtemperatur die zweite Strahlung stärker gestreut wird, erfolgt auch eine verstärkte Absorption der zweiten Strahlung an dem zweiten Leuchtdiodenchip, da anteilig mehr Strahlung zurück in den zweiten Leuchtdiodenchip zurückgeworfen wird. Eine

Strahlungsauskoppeleffizienz der zweiten Strahlung aus dem Streukörper heraus nimmt also mit steigender Temperatur zu. Eine alternative Möglichkeit, eine Farbortverschiebung der vom Leuchtdiodenmodul emittierten Strahlung aufgrund eines Temperaturgangs des zweiten Leuchtdiodenchips zu reduzieren, besteht darin, eine elektrische Leistung, mit der der zweite Leuchtdiodenchip versorgt wird, temperaturabhängig zu regeln, also bei niedrigen Temperaturen die elektrische Leistung des zweiten Leuchtdiodenchips herabzuregeln . Eine solche

elektronische Regelung ist allerdings vergleichsweise

aufwändig .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weist der Streukörper ein zweites Matrixmaterial auf, in das zweite Streupartikel eingebettet sind. Ein

Brechungsindexunterschied zwischen dem zweiten Matrixmaterial und den zweiten Streupartikeln ist bei einer Temperatur von 300 K größer als bei einer Temperatur von 380 K oder 400 K.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das erste

Matrixmaterial und/oder das zweite Matrixmaterial durch ein Silikon, ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial oder ein Epoxid gebildet. Bei dem ersten Matrixmaterial handelt es sich insbesondere um ein niedrig-brechendes Silikon mit einem Brechungsindex von beispielsweise 1,41 + 0,02 bei 300 K. Bei dem zweiten Matrixmaterial handelt es sich bevorzugt um ein hoch-brechendes Silikon mit einem Brechungsindex bei 300 K von beispielsweise 1,51 + 0,02. Bevorzugt weist das zweite Matrixmaterial bei Raumtemperatur also einen höheren

Brechungsindex auf als das erste Matrixmaterial.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weisen die ersten und/oder die zweiten Streupartikel

mindestens eines der nachfolgend genannten Materialien auf oder bestehen aus einem oder mehreren der genannten Materialien: einem Glas, Quarz, Siliziumdioxid, einem

Metallfluorid wie Bariumfluorid, Kalziumfluorid oder

Magnesiumfluorid . Es ist nicht erforderlich, dass alle ersten Streupartikel oder alle zweiten Streupartikel aus derselben Materialkomposition gebildet sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls sind die ersten Streupartikel und die zweiten Streupartikel aus demselben Material gebildet, insbesondere aus

Siliziumdioxid. Sind die ersten und die zweiten Streupartikel aus dem gleichen Material gebildet, so unterscheiden sich bevorzugt das erste Matrixmaterial und das zweite

Matrixmaterial voneinander.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils liegt ein Gewichtsanteil der ersten und/oder zweiten

Streupartikel, bezogen auf das erste und/oder zweite

Matrixmaterial oder das gesamte Konversionselement und/oder den gesamten Streukörper, bei mindestens 0,5 % oder bei mindestens 1 %. Alternativ oder zusätzlich beträgt der

Gewichtsanteil höchstens 50 % oder höchstens 20 % oder höchstens 12 % oder höchstens 5 %.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls weisen die ersten und/oder die zweiten Streupartikel mittlere Durchmesser von mindestens 50 nm oder von mindestens 150 nm oder von mindestens 250 nm oder von mindestens 400 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Durchmesser bei höchstens 20 μπι oder bei höchstens 12 μπι oder bei höchstens 8 μπι oder bei höchstens 2 μπι. Es ist möglich, dass die ersten und/oder die zweiten Streupartikel voneinander abweichende mittlere Durchmesser oder denselben mittleren Durchmesser aufweisen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist der erste Leuchtstoff aus einem der folgenden Materialien gebildet: Y ₃ (AI , Ga) ₅ 0 ₁₂ : Ce , (Lu, Y) ₃ (AI , Ga) ₅ 0 ₁₂ : Ce ,

Lu ₃ (AI , Ga) 5O12 ^: Ce einem Orthosilikat , einem Nitrido- Orthosilikat .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist der zweite Leuchtstoff einer der folgenden Stoffe:

Y3Al ₅ 0 ₁₂ :Ce, Y ₃ (Al,Ga) ₅ 0 ₁₂ :Ce.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist dieses dazu vorgesehen, bei einer mittleren Temperatur der Leuchtdiodenchips und/oder des Konversionselements von mindestens 70 °C oder von mindestens 80 °C oder von

mindestens 100 °C betrieben zu werden. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Leuchtdiodenmoduls liegt dann, wenn eine

Aufwärmphase vorüber und ein stationärer Betriebszustand erreicht ist, mindestens eine der genannten Temperaturen an den Leuchtdiodenchips und/oder dem Konversionselement vor.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist dieses dazu eingerichtet, eine Mischstrahlung aus der ersten Strahlung, der zweiten Strahlung und der dritten

Strahlung zu emittieren. Ein Farbwiedergabeindex der

Mischstrahlung liegt bevorzugt bei mindestens 88 oder bei mindestens 90. Der Farbwiedergabeindex ist einstellbar durch die Materialwahl der Leuchtstoffe sowie durch die relativen Anteile des ersten Leuchtstoffs und des zweiten Leuchtstoffs zueinander .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenmoduls ist der Farbwiedergabeindex, mit einer Toleranz von höchstens 1,5 Prozentpunkten oder von höchstens 1,0 Prozentpunkten, über einen Temperaturbereich von einschließlich 300 K bis 400 K konstant. Dies ist erzielbar durch die Kombination des ersten Leuchtstoffs mit dem zweiten Leuchtstoff, die

unterschiedliche Emissionswellenlängen und unterschiedliche Absorptionsverhalten aufweisen.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines

Leuchtdiodenmoduls angegeben. Mit dem Verfahren wird

bevorzugt ein Leuchtdiodenmodul betrieben, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Leuchtdiodenmodul offenbart und umgekehrt.

In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens erhöht sich, ausgehend von 300 K, eine Temperatur der

Leuchtdiodenchips und/oder des Konversionselements nach einem Einschalten des Leuchtdiodenmoduls. Durch diese

Temperaturerhöhung erfolgt eine Verschiebung der dominanten Wellenlänge der ersten und/oder der zweiten Strahlung um einen Wert von einschließlich 2 nm und 8 nm hin zu größeren Wellenlängen. Durch die Temperaturerhöhung erhöht sich ein Anteil der ersten Strahlung, die im zweiten Leuchtstoff umgewandelt wird, und ein Anteil der ersten Strahlung, die im ersten Leuchtstoff umgewandelt wird, nimmt ab. Ferner verschiebt sich die dritte Strahlung, die sich zusammensetzt aus der vom ersten Leuchtstoff und vom zweiten Leuchtstoff umgewandelten ersten Strahlung, bei Temperaturerhöhung hin zu größeren Wellenlängen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nimmt ein mittlerer Laufweg der ersten Strahlung in dem

Konversionselement mit steigender Temperatur, ausgehend von 300 K hin zu 380 K oder hin zu 400 K, zu. Ein Anteil der ersten Strahlung, der in die dritte Strahlung umgewandelt wird, nimmt mit steigender Temperatur insgesamt zu.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Leuchtdiodenmodul 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:

Figuren 1 bis 4 schematische Schnittdarstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen

Leuchtdiodenmodulen,

Figur 5 schematische Darstellungen von Spektren, und

Figur 6 schematische Darstellungen eines Verlaufs des

Farbwiedergabeindexes, der relativen Leistung sowie des Farborts bei Temperaturänderungen.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines

Leuchtdiodenmoduls 10 illustriert. Auf einem Träger 5 sind ein erster Leuchtdiodenchip 1 sowie ein zweiter

Leuchtdiodenchip 2 angebracht . Der erste Leuchtdiodenchip basiert auf AlInGaN und emittiert eine Strahlung im blauen Spektralbereich. Der zweite Leuchtdiodenchip 2 basiert auf AlInGaP und emittiert eine Strahlung im roten

Spektralbereich . Dem ersten Leuchtdiodenchip 1 ist entlang einer

Abstrahlrichtung ein Konversionselement 3 nachgeordnet. Das Konversionselement 3 umfasst einen ersten Leuchtstoff sowie einen zweiten Leuchtstoff, die in ein erstes Matrixmaterial eingebettet sind. Die Leuchtstoffe unterscheiden sich in ihrer Absorptionscharakteristik im blauen Spektralbereich sowie in ihrer Emissionscharakteristik im grünen bis grüngelben Spektralbereich, vergleiche auch Figur 5. Die

Leuchtstoffe absorbieren also einen Teil der ersten Strahlung und wandeln diese in eine dritte Strahlung um.

Dem zweiten Leuchtdiodenchip 2 ist optional ein Streukörper 4 nachgeordnet. Der Streukörper 4 umfasst ein zweites

Matrixmaterial sowie zweite Streupartikel, die in das zweite Matrixmaterial eingebettet sind. Mit steigender Temperatur, ausgehend von Raumtemperatur, nimmt ein

Brechungsindexunterschied zwischen den zweiten Streupartikeln und dem zweiten Matrixmaterial ab. Bei einer stationären Betriebstemperatur des Leuchtdiodenmoduls 10 wirkt der

Streukörper 4 bevorzugt nicht streuend, anders als bei

Raumtemperatur, ungefähr 300 K.

Durch die zwei Leuchtstoffe in dem Konversionselement 3 ist eine Temperaturabhängigkeit eines Farborts eines von dem Leuchtdiodenmodul 10 emittierten Lichts reduzierbar, ebenso wie ein Temperaturgang eines Farbwiedergabeindexes des vom Leuchtdiodenmodul 10 emittierten Lichts.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Leuchtdiodenmoduls 10 ist in Figur 2 gezeigt. Die Leuchtdiodenchips 1, 2 sind in einer Ausnehmung des Trägers 5 angebracht . Wie auch in den anderen Figuren sind Bonddrähte, elektrische Kontaktflächen sowie Leiterbahnen nicht gezeichnet. In das Konversionselement 3 sind zusätzlich erste Streupartikel 33 eingebracht. Bei Raumtemperatur ist ein Brechungsindexunterschied zwischen dem ersten Matrixmaterial und den ersten Streupartikeln 33 vergleichsweise klein. Der Brechungsindexunterschied nimmt hin zu einer stationären Betriebstemperatur, ausgehend von Raumtemperatur, zu. Eine Streuwirkung der ersten Streupartikel 33 nimmt daher, hin zur stationäre Betriebstemperatur von zum Beispiel ungefähr

400 K, zu. Hierdurch ist bei höheren Temperaturen eine erhöhte Konversionseffizienz der vom ersten Leuchtdiodenchip 1 emittierten blauen Strahlung in grünes Licht oder in grüngelbes Licht erzielbar.

Zwischen dem ersten Leuchtdiodenchip 1 und dem zweiten

Leuchtstoff 32 oder auch zwischen der Lage mit den

Leuchtstoffen 31, 32 und der Lage mit den ersten

Streupartikeln 33 können sich jeweils Schichten eines

Verbindungsmittels befinden, das bevorzugt eine Dicke von höchstens 20 um aufweist. Bevorzugt sind die Leuchtstoffe 31, 32 und die Streupartikel 33 unmittelbar aufeinander

angeordnet .

Der zweite Leuchtdiodenchip 2 ist optional mit dem

Streukörper 4 versehen. Weiterhin optional ist es möglich, dass ein Verguss 6 die Leuchtdiodenchips 1, 2 umgibt. Der Verguss 6 kann durch ein transparentes Material gebildet sein oder Beimengungen in Form von Diffusoren oder Filtermitteln aufweisen. Der Verguss 6 kann, wie auch der Streukörper 4 und/oder das Konversionselement 3, linsenartig geformt sein.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

Leuchtdiodenmoduls 10 gezeigt. In dem Konversionselement 3 liegen die Leuchtstoffe 31, 32 als voneinander separierte Schichten vor. An einer dem ersten Leuchtdiodenchip 1

abgewandten Seite des Konversionselements 3 befindet sich eine Schicht mit den ersten Streupartikeln 33.

Die beiden Leuchtdiodenchips 1, 2 befinden sich gemäß Figur 3 in der Ausnehmung des Trägers 5. Optional ist die Ausnehmung mit einem ersten Verguss 6a und/oder mit einem zweiten

Verguss 6b gefüllt. Bei dem ersten Verguss 6a kann es sich um ein reflektierendes, insbesondere weißes Material handeln. Zum Beispiel ist der erste Verguss 6a durch eine

Silikonmatrix gebildet, der weiße, reflektierende

Titandioxidpartikel beigemischt sind. Bei dem zweiten Verguss 6b kann es sich um einen klarsichtigen, transparenten Verguss handeln, der die Ausnehmung in dem Träger 5 vollständig auffüllt. Es ist möglich, dass eine den Halbleiterchips 1, 2 abgewandte Seite des Konversionselements 3 sowie des

Streukörpers 4 in einer Ebene liegen. Eine dem Träger 5 abgewandte Oberseite des ersten Vergusses 6a kann ebenfalls bis an diese Ebene heranreichen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist dem ersten

Leuchtdiodenchip 1 das Konversionselement 3 linsenförmig nachgeordnet. In dem Konversionselement 3 können die

Leuchtstoffe sowie die ersten Streupartikel jeweils homogen verteilt und durchmischt vorliegen. Der optionale Streukörper 4 ist dem zweiten Leuchtdiodenchip 2 haubenartig

nachgeordnet. Das Konversionselement 3 sowie der Streukörper 4 können die Halbleiterchips 1, 2 also auch in lateraler Richtung umgeben.

In Figur 5 sind Emissionsspektren sowie Absorptionsspektren der Halbleiterchips 1, 2 und der Leuchtstoffe 31, 32 gezeigt. Die Absorption A sowie die Emission E sind jeweils in

willkürlichen Einheiten, englisch arbitrary units oder kurz a.u., aufgetragen. Die gezeigten Spektren sind jeweils nicht aufeinander normiert oder skaliert.

In Figur 5A ist ein beispielhaftes Emissionsspektrum des ersten Leuchtdiodenchips 1 sowie des zweiten

Leuchtdiodenchips 2 dargestellt. Der erste Leuchtdiodenchip 1 hat eine maximale Emission bei ungefähr 440 nm. Eine maximale Emission des zweiten Leuchtdiodenchips 2 liegt bei ungefähr 625 nm. Die zugehörigen dominanten Wellenlängen sind nicht eingezeichnet .

In Figur 5B sind die Absorptionsspektren des ersten

Leuchtstoffs 31 sowie des zweiten Leuchtstoffs 32 im blauen bis blau-grünen Spektralbereich gezeigt. Der zweite

Leuchtstoff 32 weist bei ungefähr 460 nm ein

Absorptionsmaximum auf. Ausgehend vom Absorptionsmaximum sinkt, in Richtung hin zu kürzeren Wellenlängen, die

Absorption in einem bestimmten Wellenlängenbereich ab. Die Absorption des ersten Leuchtstoffs 31 hingegen nimmt in diesem Spektralbereich, in Richtung hin zu größeren

Wellenlängen, stetig ab. Ein Absorptionsmaximum des ersten Leuchtstoffs liegt bei ungefähr 440 nm.

Beispielhafte Emissionsspektren der Leuchtstoffe 31, 32 sind in Figur 5C dargestellt. Der erste Leuchtstoff 31 emittiert bei kürzeren Wellenlängen als der zweite Leuchtstoff 32.

In Figur 6 sind Emissionseigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur von verschiedenen Konversionsmitteln sowie Konversionselementen 3 dargestellt, jeweils für Temperaturen von 120 °C, 85 °C sowie 25 °C. Die mit a bezeichnete Kurve bezieht sich auf ein Konversionsmittel, das einen im grünen Spektralbereich emittierenden YAG-Leuchtstoff umfasst, ohne weitere Maßnahmen zur Farbortsteuerung. In der Kurve b wird Bezug genommen auf ein Konversionsmittel ohne Streupartikel, bei dem einem ersten Leuchtdiodenchip, der im blauen Spektralbereich emittiert, ein im grünen Spektralbereich emittierender YAG- Leuchtstoff nachgeordnet ist, und bei dem eine Emission eines zweiten Leuchtdiodenchips, der im roten Spektralbereich emittiert, zum Beispiel elektronisch nachgeregelt wird.

Die Kurven, die mit c gekennzeichnet sind, beziehen sich auf Konversionsmittel, die einen im grünen Spektralbereich emittierenden YAG-Leuchtstoff umfassen, und bei dem das

Konversionsmittel erste Streupartikel umfasst sowie bei dem einem zweiten Leuchtdiodenchip ein Streukörper 4 nachgeordnet ist. Die mit d gekennzeichneten Kurven entsprechen einem Konversionsmittel wie in den Kurven c, bis auf dass ein im gelben bis grün-gelben Spektralbereich emittierender YAG- Leuchtstoff verwendet ist.

In den Kurven e ist ein erfindungsgemäßes Konversionselement 3 in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Streukörper 4 gezeigt. Für die Kurven e liegen in dem Konversionselement 3 also der erste Leuchtstoff 31 vor, wie in den Kurven c verwendet, und zusätzlich der im grün-gelben Spektralbereich emittierende zweite Leuchtstoff 32, der auch in den Kurven d verwendet wurde, sowie die ersten Streupartikel 33.

In Figur 6A ist zu sehen, dass bei einer stationären

Betriebstemperatur von ungefähr 120 °C ein Farbort jeweils auf der Planck-Kurve in der CIE-Normfarbtafel bei einer Farbtemperatur von zirka 3000 K liegt, bei Farbortkoordinaten von ungefähr 0,438 und 0,404. Bei den Kurven a, b ändert sich der Farbort hin zu niedrigeren Temperaturen merklich und schiebt jeweils in Richtung rot. Für die Kurven c, d, e ist nur eine vergleichsweise kleine Farbortänderung

festzustellen.

In Figur 6B ist der Regelungsbedarf des zweiten

Leuchtdiodenchips 2, der im roten Spektralbereich emittiert, dargestellt, unter der Bedingung, dass ein Farbort der vom Leuchtdiodenmodul 10 insgesamt emittierten Strahlung im

Temperaturbereich zwischen einschließlich 25 °C und 120 °C innerhalb dreier so genannter MacAdams-Ellipsen verbleiben soll. Die relative Leistung P gibt an, welche Lichtleistung vom zweiten Leuchtdiodenchip in Abhängigkeit von der

Temperatur zu emittieren ist, damit sich der Farbort der vom Leuchtdiodenmodul 10 emittierten Strahlung nicht signifikant verschiebt. Es ist also erforderlich, den im roten

Spektralbereich emittierenden zweiten Leuchtdiodenchip 2 bei einer Temperatur von 25 °C auf zirka 35 % bis 40 % seiner eigentlichen Lichtleistung zu reduzieren. Die Reduzierung der Lichtleistung kann erfolgen durch elektronisches Nachregeln und/oder durch den Streukörper 4.

Bei dem erfindungsgemäßen Konversionselement 3 mit den zwei Leuchtstoffen 31, 32, siehe Kurve e, ist der Regelungsbedarf am geringsten. Hierdurch steigt, insbesondere im Falle der Verwendung eines Streukörpers 4, eine Effizienz des

Leuchtdiodenmoduls 10 insgesamt an, da ein geringerer

Regelungsbedarf eine geringere Streustärke des Streukörpers 4 bei niedrigeren Temperaturen bedeutet und hierdurch

Absorptionsverluste der zweiten Strahlung an dem zweiten Leuchtdiodenchip 2 reduzierbar sind. Zudem ist ein Streukörper 4 mit bei Raumtemperatur geringerem Streuvermögen einfacher zu realisieren.

In Figur 6C ist der Farbwiedergabeindex RA in Abhängigkeit von der Temperatur T aufgetragen. Bei den Kurven c, d, bei denen jeweils nur ein Leuchtstoff in einem Konversionsmittel vorliegt, ändert sich der Farbwiedergabeindex in Abhängigkeit von der Temperatur vergleichsweise stark. Bei dem

erfindungsgemäßen Konversionselement 3, siehe Kurve e, in dem die beiden Leuchtstoffe gemischt vorliegen, ist der

Farbwiedergabeindex über den dargestellten Temperaturbereich hinweg mit einer Toleranz von 1 Prozentpunkt konstant.

Bei dem ersten Leuchtstoff 31, der im Zusammenhang mit Figur 6 eingesetzt wurde, handelt es sich zum Beispiel um

LU3 (AI , Ga) 5O12 : Ce mit einem Absorptionsmaximum bei ungefähr 435 nm und mit einer dominanten Emissionswellenlänge von ungefähr 559 nm. Der zweite Leuchtstoff 32 ist insbesondere ein YAG : Ce-Granat mit einem Absorptionsmaximum bei ungefähr 460 nm und einer dominanten Emissionswellenlänge von ungefähr 573 nm. Die ersten Streupartikel sind Siliziumdioxid- Kügelchen mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 7 μπι.

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 .