Beschreibung

LEUCHTSTOFFMISCHUNG, KONVERSIONSELEMENT UND

OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT

Es werden eine Leuchtstoffmischung, ein Konversionselement und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.

Es soll eine Leuchtstoffmischung mit verbesserter Effizienz bei Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement

angegeben werden. Weiterhin soll ein Konversionselement angegeben werden, das ebenfalls eine verbesserte Effizienz bei Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement

aufweist. Außerdem soll ein optoelektronisches Bauelement mit erhöhter Effizienz angegeben werden.

Diese Aufgaben werden durch eine Leuchtstoffmischung, ein Konversionselement und ein optoelektronisches Bauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte

Ausführungsformen und Weiterbildungen der

Leuchtstoffmischung, des Konversionselements und des

optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.

Es wird eine Leuchtstoffmischung angegeben, die zumindest einen Quantenpunkt-Leuchtstoff und zumindest ein

Funktionsmaterial umfasst. Dabei ist das Funktionsmaterial streuend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet

und/oder weist eine hohe Dichte auf.

Der Quantenpunkt-Leuchtstoff sowie das Funktionsmaterial liegen in der Leuchtstoffmischung in Partikelform vor, wenn nicht explizit anders angegeben. Unter Quantenpunkt-Leuchtstoffen sollen hier und im Folgenden halbleitende Partikel mit einer Größe im Nanometerbereich verstanden werden, deren konvertierende Eigenschaften

aufgrund ihrer begrenzten Dimension entstehen. Üblicherweise enthalten Quantenpunkt-Leuchtstoffe einen Kern und eine

Schale. Die Bandlücke der Schale ist über Material und Größe so eingestellt, dass sie die elektromagnetische Strahlung eines Anregungsspektrums absorbiert. Der Kern wiederum ist so zusammengesetzt und dimensioniert, dass er einen Teil der absorbierten Energie als elektromagnetische Strahlung im Emissionsspektrum wieder aussendet. Quantenpunkt-Leuchtstoffe weisen beispielsweise einen Durchmesser zwischen

einschließlich 2 nm und einschließlich 20 nm auf. Neben Kern und Schale können eine oder mehrere Hüllen, die Harze oder Gläser aufweisen oder daraus bestehen, vorhanden sein. Ein Quantenpunkt-Leuchtstoff mit Hülle kann insgesamt eine Größe von zwischen 50 nm und bis zu 20 ym aufweisen. Insbesondere Körner mit Größen von mehr als 100 nm können mehrere

Quantenpunkt-Leuchtstoffe enthalten. Die Hüllen sind zum einen geeignet, eine Agglomeration der Quantenpunkt- Leuchtstoffe zu verhindern oder zu verringern, zum anderen die im Allgemeinen leicht oxidierbaren Materialien der

Quantenpunkt-Leuchtstoffe vor beispielsweise Sauerstoff oder Wasser zu schützen.

Gegenüber konventionellen Leuchtstoffen ermöglichen

Quantenpunkt-Leuchtstoffe als Konversionsmaterial in

optoelektronischen Bauelementen (beispielsweise LEDs) aufgrund ihres schmalbandigen Emissionsspektrums

Effizienzgewinne von 20% und mehr. Derzeit verfügbare

Quantenpunkt-Leuchtstoffe enthalten jedoch meist Cadmium- Verbindungen, deren Einsatz durch eine RoHS-Direktive (RoHS: Restriction of Hazardous Substances) eingeschränkt ist. So ist der Anteil von Cadmium im Vergussmaterial einer LED auf 0,01 Gew% beschränkt. Mit dieser Beschränkung ist es

lediglich möglich, Effizienzvorteile von etwa 5% gegenüber konventionellen Leuchtstoffen zu erreichen. Zur Umgehung dieses Problems wurden bislang LED-Packages vergrößert, was aus Kostengründen und mangelnder Kompatibilität unattraktiv ist. Alternativ wird bislang ein Teil des konvertierten

Lichtes weiterhin mit klassischen Leuchtstoffen erzeugt und auf den Effizienzgewinn durch Quantenpunkt-Leuchtstoffe verzichtet .

Mit einer erfindungsgemäßen Leuchtstoffmischung kann die hohe Effizienz von Quantenpunkt-Leuchtstoffen besser ausgenutzt werden, ohne den erlaubten Gehalt an Cadmium zu

überschreiten. Dies wird durch das Funktionsmaterial, das in der Leuchtstoffmischung vorhanden ist, erreicht.

Ist das Funktionsmaterial streuend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet, wird durch eine stärkere Streuung in der Leuchtstoffmischung die freie Weglänge des Lichtes durch das Material der Leuchtstoffmischung reduziert. Damit wird der vorhandene Quantenpunkt-Leuchtstoff besser

beziehungsweise öfter zur Konversion von elektromagnetischer Strahlung genutzt. Bei gleicher Menge an Quantenpunkt- Leuchtstoff in einer Leuchtstoffmischung ist somit eine höhere Konversion möglich und damit eine höhere Effizienz, wenn die Leuchtstoffmischung beispielsweise in einem

optoelekronischen Bauelement eingesetzt wird.

Weist das Funktionsmaterial zusätzlich oder alternativ eine hohe Dichte auf, wird das Gewicht der Leuchtstoffmischung erhöht und somit enthält der gleiche Gewichtsanteil an

Quantenpunkt-Leuchtstoffen eine größere Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen. Somit stehen mehr Quantenpunkt- Leuchtstoffe zur Konversion elektromagnetischer Strahlung zur Verfügung und führen damit zu einem Effizienzgewinn, ohne den erlaubten Cadmium-Gehalt zu überschreiten.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Funktionsmaterial ein Material auf, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus Aluminiumoxid, Titandioxid, Oxide der seltenen Erden,

Granaten und Gläsern besteht. Diese Materialien können als streuende Partikel und/oder als Partikel mit hoher Dichte ausgebildet sein. Aluminiumoxid kann beispielsweise in Form von a-Aluminiumoxid (Saphir) eingesetzt werden, welches eine Dichte von 3,94 g/cm ³ und einen Brechungsindex von 1,8 aufweist. Titandioxid kann entweder als Anatas mit einer Dichte von 3,9 g/m ³ und einem Brechungsindex von 2,5 oder als Rutil mit einer Dichte von 4,23 g/m ³ und einem Brechungsindex von 2,87 verwendet werden. Geeignete Granate sind

beispielsweise YAG (Yttrium-Aluminium-Granat Y ₃ AI ₅ O ₁₂₎ mit einer Dichte von 4,6 g/m ³ und einem Brechungsindex von 1,8 oder LuAG (Lutetium-Aluminium-Granat LU ₃ AI ₅ O ₁₂₎ mit einer Dichte von mehr als 6,7 g/cm ³ und einem Brechungsindex von 1,84. Geeignete Gläser umfassen Spezialgläser mit hoher

Dichte und Brechungsindex, die insbesondere als streuende Materialien eingesetzt werden können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das

Funktionsmaterial streuende Partikel, die einen Durchmesser aufweisen, der aus dem Bereich 0,5 ym bis 5 ym ausgewählt ist. Mit einem Durchmesser, der aus diesem Bereich ausgewählt ist, können die Partikel die Streuung in der

Leuchtstoffmischung ausreichend erhöhen, um die Effizienz zu steigern . Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben die streuenden Partikel in der Leuchtstoffmischung einen Anteil, der aus dem Bereich 1 bis 5 Gew% ausgewählt ist. Damit wird die Streuung ausreichend erhöht um einen Effizienzgewinn zu erhalten, aber nicht zu stark um den gewonnenen Effekt wieder rückgängig zu machen .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das

Funktionsmaterial Partikel mit hoher Dichte, die eine Dichte aufweisen, die größer oder gleich 2 g/cm ³ ist. Insbesondere kann die Dichte größer oder gleich 5 g/cm ³ sein. Die Partikel mit hoher Dichte können streuend oder nichtstreuend

ausgebildet sein. Aufgrund ihrer hohen Dichte wirken die Partikel als schweres Füllmaterial, das das Gewicht der

Leuchtstoffmischung erhöht und somit eine höhere Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen bei gleichbleibendem

Gewichtsanteil in der Leuchtstoffmischung ermöglicht.

Die Partikel mit hoher Dichte weisen gemäß einer

Ausführungsform einen Durchmesser von größer oder gleich 5 ym auf. Insbesondere können die Partikel mit hoher Dichte einen Durchmesser von größer oder gleich 10 ym aufweisen. Ein größerer Durchmesser der Partikel führt zu einer verringerten Streuung. Damit können wiederum mehr Partikel hoher Dichte in die Leuchtstoffmischung eingebracht werden, die das Gewicht der Leuchtstoffmischung erhöhen und somit eine erhöhte Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen in die Leuchtstoffmischung ermöglichen, ohne die vorgegebenen Grenzwerte zu

überschreiten .

Gemäß einer Ausführungsform weisen die Partikel mit hoher Dichte einen Anteil in der Leuchtstoffmischung von weniger oder gleich 50 Gew% auf. Sind die Partikel mit hoher Dichte stark streuend ausgebildet, sollte der Anteil 3 Gew% nicht überschreiten, um eine zu starke Streuung in der

Leuchtstoffmischung zu vermeiden. Wird ansonsten der Gehalt an Partikel mit hoher Dichte, die wenig oder nicht streuend ausgebildet sind, bei < 50 Gew% gehalten, ist eine gute

Verarbeitbarkeit des Materials der Leuchtstoffmischung gewährleistet .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das

Funktionsmaterial streuende Partikel, die elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenlängenbereichs zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten

Wellenlängenbereichs konvertieren. Solche Partikel werden im Folgenden auch als streuende Leuchtstoffpartikel oder als streuende, konvertierende Partikel bezeichnet. Somit wird in der Leuchtstoffmischung zumindest ein Quantenpunkt- Leuchtstoff mit stärker streuenden Leuchtstoffpartikeln kombiniert. Die streuenden Leuchtstoffpartikel können einen Durchmesser aufweisen, der aus dem Bereich 0,5 ym bis 5 ym ausgewählt ist.

Auch in diesem Fall wird ausgenutzt, dass durch die stärkere Streuung die freie Weglänge des Lichtes durch die

Leuchtstoffmischung reduziert wird und damit die

Quantenpunkt-Leuchtstoffe besser beziehungsweise öfter zur Konversion genutzt werden. Bei gleicher Menge an

Quantenpunkt-Leuchtstoffen wird somit eine höhere Konversion ermöglicht und damit eine größere Effizienz erreicht. Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs kann identisch mit dem Wellenlängenbereich sein, der von den Quantenpunkt-Leuchtstoffen emittiert wird oder

unterschiedlich davon. Es kann beispielsweise ein streuender grüner oder roter Leuchtstoff mit einem roten Quantenpunkt- Leuchtstoff oder einem grünen Quantenpunkt-Leuchtstoff kombiniert werden. Streuende Leuchtstoffpartikel können einen Anteil in der Leuchtstoffmischung von 1 bis 30 Gew%,

insbesondere von 20 bis 30 Gew% haben.

Streuende Leuchtstoffpartikel, die rotes Licht emittieren, können beispielsweise ausgewählt sein aus:

N (N _a Mi_ _a) SX ₂ AX ₂ NX ₆ :D, wobei

- N zumindest ein zweiwertiges metallisches Element ist,

- M ein anderes zweiwertiges metallisches Element als N ist,

- D ist eines, zwei oder mehrere Elemente aus der Gruppe Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Alkalimetalle und Yb umfasst,

-SX zumindest ein vierwertiges Element umfasst,

-AX zumindest ein dreiwertiges Element umfasst,

-NX zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe N,

0, F, CI umfasst,

- der Parameter a zwischen einschließlich 0,6 und

einschließlich 1,0, bevorzugt zwischen einschließlich 0,8 und einschließlich 1,0 liegt,

Sr _x Cai- _x AlSiN : Eu, wobei zwischen einschließlich 0,1% und 5% der Sr-Ca-Gitterplätze und/oder der Sr-Gitterplätze und/oder der Ca-Gitterplätze durch Eu ersetzt sind, und

(M) _{2- x} Eu _X Si ₅ N ₈ mit M = Sr, Ca und/oder Ba und 0,001 < x <

0,2, bevorzugt 0,01 < x < 0,1.

Streuende Leuchtstoffpartikel, die grünes Licht emittieren, können beispielsweise ausgewählt sein aus: beta-SiAlON Si _6-x Al _z O _y N _8-y :RE, wobei 0 < x d 4, 0 < y d 4, 0 < z < 1 und RE ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus

Seltenerdmetallen, bevorzugt mindestens Eu und/oder Yb enthält,

Y _{3 (} Ali_ _x Ga _{x) 5} O ₁₂ : Ce, wobei der Anteil an Ga 0,2 < x < 0,6, bevorzugt 0,3 < c < 0,5, weiter bevorzugt 0,35 d c < 0,45 beträgt,

(Gd,Y) _{3 (} Ali_ _x Ga _{x) 5} 0i ₂ :Ce, oder (Tb, Y) _{3 (} Ali_ _x Ga _{x) 5} O ₁₂ : Ce

mit einem Cer-Anteil von 1,5-5 Mol%, bevorzugt

2,5-5 Mol% und einem Gallium-Anteil x von 0 bis 0,5,

bevorzugt x von 0 bis 0,1, und

LU _{3 (} Ali_ _x Ga _{x) 5} O ₁₂ : Ce oder (Lu, Y) _{3 (} Ali_ _x Ga _{x) 5} O ₁₂ : Ce mit einem Cer- Anteil von 0,5-5 Mol%, bevorzugt 0,5-2 Mol%, jeweils bezogen auf die Seltenerdmetalle, und einem Gallium-Anteil x zwischen 0 bis 0,5, bevorzugt zwischen 0,15 bis 0,3.

Auch Mischungen der genannten streuenden Leuchtstoffpartikel sind denkbar.

Die elektromagnetische Strahlung des zweiten

Wellenlängenbereichs kann somit aus dem roten und/oder aus dem grünen Spektralbereich ausgewählt sein.

Das Funktionsmaterial kann auch eine Kombination aus

streuenden Partikeln, Partikeln hoher Dichte oder streuenden Partikeln, die konvertierende Eigenschaften aufweisen, umfassen .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus CdSe, CdS, CdTe, InP, InAs, C1(Z)S, AIS, Zn ₃ N ₂ , Si, ZnSe, ZnO und GaN besteht. Der Anteil an Quantenpunkt- Leuchtstoff in der Leuchtstoffmischung kann etwa 1 Gew% betragen. Aufgrund des Vorhandenseins des Funktionsmaterials können somit auch Cd-haltige Quantenpunkt-Leuchtstoffe in der Leuchtstoffmischung eingesetzt werden, deren Effizienz gut ausgenutzt wird und gleichzeitig der erlaubte Cd-Gehalt in der Leuchtstoffmischung nicht überschritten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die

Leuchtstoffmischung zumindest einen weiteren Leuchtstoff auf. Dieser kann beispielsweise eines oder mehrere der oben in Bezug auf die streuenden Leuchtstoffpartikel genannten

Materialien umfassen. Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann mit einem Anteil von 20 bis 30 Gew% in der

Leuchtstoffmischung vorhanden sein. Die Leuchtstoffmischung ist somit zusammengesetzt aus zumindest einem Quantenpunkt- Leuchtstoff, dem Funktionsmaterial sowie zumindest einem weiteren Leuchtstoff. Durch die oben beschriebene

Effizienzsteigerung des Quantenpunkt-Leuchtstoffs wird die Effizienz der gesamten Leuchtstoffmischung auch bei

Vorhandensein weiterer Leuchtstoffe erhöht.

Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann das gleiche

Material aufweisen, wie das Funktionsmaterial, wenn dieses streuende Partikel umfasst, die Wellenlängen-konvertierend ausgebildet sind, oder davon unterschiedliches Material. Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann Partikel aufweisen, deren Durchmesser größer als 5 ym sind.

Der zumindest eine weitere Leuchtstoff kann im roten oder im grünen Wellenlängenbereich Strahlung emittieren. Vorteilhaft kann als zumindest ein weiterer Leuchtstoff ein Leuchtstoff ausgewählt werden, der eine hohe Dichte aufweist. Dies führt zu einer weiteren Steigerung des Gewichts der Leuchtstoffmischung und ermöglicht somit eine höhere Anzahl an Quantenpunkt-Leuchtstoffen bei gleichem Gewichtsanteil von Cd in der Leuchtstoffmischung. Ein Beispiel für solch einen Leuchtstoff ist LuAGaG (LU3 (Ali_ _x Ga _x) 5O12 : Ce) mit grüner

Emissionsfarbe ( _peak 550-570 nm) undmit einer spezifischen Dichte von 7 g/cm ³ , das anstelle von LuAG mit einer

spezifischen Dichte von 6,7 g/cm ³ eingesetzt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegen der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff und das Funktionsmaterial als Mischung von Partikeln vor, die in einer Matrix eingebettet sind. Bei der Matrix kann es sich hier und im Folgenden um eine Silikon- oder Glasmatrix handeln. Silikon weist eine Dichte von 0,8 bis 1 g/cm ³ auf und hat einen Brechungsindex von 1,4 bis 1,55. Damit sind sie besonders gut als

Matrixmaterialien geeignet. Gläser haben üblicherweise eine Dichte von 2 bis 4 g/cm ³ , Spezialgläser auch über 5 g/cm ³ und Brechungsindizes von 1,4 bis über 2. Letztere eigenen sich daher insbesondere auch als Streu- bzw. Funktionsmaterialien.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Quantenpunkt-Leuchtstoff und das Funktionsmaterial in zwei voneinander verschiedenen, aneinander angrenzenden Bereichen als Partikel in einer Matrix angeordnet. In dieser

Ausführungsform sind somit streuende und/oder Partikel hoher Dichte räumlich getrennt von dem Quantenpunkt-Leuchtstoff angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine höhere

Konzentration an streuenden Partikeln oder Partikeln hoher Dichte in der Leuchtstoffmischung aufgrund des geringeren Feststoffgehaltes in dem Bereich, in dem das Funktionsmaterial angeordnet ist. Damit werden Gießprozesse auch bei höheren Konzentrationen an Funktionsmaterial

ermöglicht. In dem Bereich, in dem der Quantenpunkt- Leuchtstoff angeordnet ist, können weitere Leuchtstoffe vorhanden sein. Die weiteren Leuchtstoffe und die

Quantenpunkt-Leuchtstoffe können wiederum getrennt

voneinander in verschiedenen, aneinander angrenzenden

Bereichen als Partikel in einer Matrix angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der den

Quantenpunkt-Leuchtstoff umfassende Bereich frei von weiteren Leuchtstoffen. Somit findet hier eine räumliche Trennung von Leuchtstoffen und Quantenpunkt-Leuchtstoffen statt. Wird beispielsweise ein grüner Leuchtstoff innerhalb einer

Leuchtstoffmischung näher an einem elektromagnetische

Strahlung emittierenden Halbleiterchip platziert als der Quantenpunkt-Leuchtstoff, wird die Flussdichte des von dem Halbleiterchip emittierten blauen Lichts an dem Quantenpunkt- Leuchtstoff herabgesetzt, was die Effizienz des Quantenpunkt- Leuchtstoffs weiter erhöhen kann.

Es wird weiterhin ein Konversionselement angegeben, dass eine Leuchtstoffmischung gemäß den obigen Ausführungen aufweist. Ein solches Konversionselement weist aufgrund der

Zusammensetzung der Leuchtstoffmischung eine erhöhte

Effizienz auf, wenn es in einem optoelektronischen Bauelement eingesetzt wird. Das Konversionselement kann die

Leuchtstoffmischung enthalten oder daraus bestehen. Weiterhin kann das Konversionselement als Konversionsplättchen oder als Verguss ausgeformt sein.

Sämtliche Merkmale der Leuchtstoffmischung gelten auch für das Konversionselement und umgekehrt. Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement

angegeben, das mindestens einen strahlungsemittierenden

Halbleiterchip, der elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert, und eine Leuchtstoffmischung gemäß den obigen Ausführungen umfasst. Die

Leuchtstoffmischung kann in dem optoelektronischen Bauelement besonders effizient die Strahlung des Halbleiterchips konvertieren .

Sämtliche Merkmale die in Verbindung mit der

Leuchtstoffmischung angegeben werden, gelten somit auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Leuchtstoffmischung in dem optoelektronischen Bauelement in einem auf dem

Halbleiterchip angeordneten Konversionselement vorhanden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die

Leuchtstoffmischung als Verguss über dem Halbleiterchip angeordnet .

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Figuren 1 bis 4 zeigen in schematischer Schnittansicht

Leuchtstoffmischungen gemäß Ausführungsbeispielen.

Figuren 5 bis 8 zeigen in schematischer Schnittansicht optoelektronische Bauelemente gemäß Ausführungsbeispielen.

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu

betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht einer

Leuchtstoffmischung 1 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Die Leuchtstoffmischung 1 enthält eine Matrix 50, in der Partikel von Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 sowie Partikel eines

Funktionsmaterials angeordnet sind. In diesem

Ausführungsbeispiel ist das Funktionsmaterial als streuende Partikel 31 ausgebildet. Diese erhöhen die Streuung in der Leuchtstoffmischung 1, womit die freie Weglänge des Lichts durch die Leuchtstoffmischung 1 reduziert und eine höhere Konversion durch die vorhandenen Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 ermöglicht wird. Der Anteil an Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 in der Leuchtstoffmischung 1 beträgt etwa 1 Gew%, die der streuenden Partikel 31 1 bis 5 Gew% . Die Matrix 50 kann beispielsweise eine Silikonmatrix sein. Aber auch eine Matrix aus Gläsern ist denkbar. Der Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 kann beispielsweise CdSe, CdS oder CdTe enthalten oder daraus bestehen. Die streuenden Partikel 31 weisen ein Material auf, das beispielsweise Aluminiumoxid, Titandioxid, Oxide der seltenen Erden, Granate oder Spezialgläser ist. Der

Durchmesser der streuenden Partikel 31 beträgt zwischen 0,5 ym und 5 ym.

Gemäß eines Ausführungsbeispiels wird als streuende Partikel 31 5 Gew% Aluminiumoxid mit einer spezifischen Dichte von etwa 2 g/cm ³ und einer Größe von 0,5 bis 5 ym in der

Leuchtstoffmischung 1 eingesetzt. Damit lässt sich die

Konversion von elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge in Strahlung einer zweiten Wellenlänge durch die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 um bis zu 50% steigern. Bei Verwendung der Leuchtstoffmischung 1 in einem

optoelektronischen Bauelement, beispielsweise einer warm weißen LED, kann somit bei gleichem Gehalt an Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 und damit bei gleichem Gehalt an Cadmium mehr konvertiertes Licht aus den Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 gewonnen und damit die Effizienz der weißen LED um 2 bis 5 % gesteigert werden. Bei dem Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 kann es sich insbesondere um einen rot emittierenden Quantenpunkt- Leuchtstoff handeln.

In Figur 2 ist eine Leuchtstoffmischung 1 gezeigt, in der die streuenden Partikel 31 durch Partikel hoher Dichte 32 ersetzt sind, die als Funktionsmaterial zusammen mit dem

Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 in der Matrix 50 eingebettet sind. Die Partikel hoher Dichte 32 können ebenfalls

beispielsweise Partikel Aluminiumoxid, Titandioxid, Granate, Oxide der seltenen Erden oder Spezialgläser enthalten oder daraus bestehen. Sind die Partikel hoher Dichte 32 stark streuend ausgebildet, liegt ihr Anteil in der

Leuchtstoffmischung 1 bei 1 bis 3 Gew%, sind sie nicht oder wenig streuend ausgebildet, liegt ihr Anteil bei weniger als 50 Gew% . Der Durchmesser der Partikel hoher Dichte 32 beträgt 0,5 bis 5 ym, wenn sie stark streuend ausgebildet sind, sonst größer oder gleich 5 ym. Insbesondere beträgt der Durchmesser größer oder gleich 10 ym. Die Dichte der Partikel hoher

Dichte 32 ist größer oder gleich 2 g/cm ³ , bevorzugt größer oder gleich 5 g/cm ³ . Die Partikel hoher Dichte 32 erhöhen das Gewicht der Leuchtstoffmischung 1, womit bei gleichem

Gewichtsanteil eine größere Anzahl an Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 in der Leuchtstoffmischung 1 vorhanden sein können. Damit stehen mehr Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 in der Leuchtstoffmischung 1 zur Verfügung und können zu einem

Effizienzgewinn führen.

Normalerweise optimiert man streuende Materialien in einer Leuchtstoffmischung so, dass mit wenig Streumaterial ein großer Streueffekt erzielt wird. Werden größere Partikel mit einem Durchmesser von > 5 ym, bevorzugt > 10 ym genutzt, wird es ermöglicht, aufgrund ihrer verringerten Streuung deutlich mehr schweres Streumaterial einzubringen. Werden als Partikel hoher Dichte 32 beispielsweise 10 Gew% Aluminiumoxid in die Leuchtstoffmischung 1 eingeführt, wird die Dichte der

Leuchtstoffmischung 1 um 4 bis 5% erhöht. Damit können 4 bis 5 % mehr Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 eingebracht werden, ohne die Grenzwerte für den Cadmium-Gehalt zu überschreiten. Die Menge der eingebrachten Partikel hoher Dichte 32 ist dabei nur prozesstechnisch begrenzt, da eine zu hohe

Konzentration das Material zu viskos zum Gießen machen würde.

Wird das Aluminiumoxid in dem obigen Beispiel durch einen Granat, beispielsweise undotiertes LuAG mit einer

spezifischen Dichte von 6,7 g/cm ³ ersetzt, können 8 bis 15 % mehr Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 eingebracht und damit die Effizienz entsprechend gesteigert werden.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer

Leuchtstoffmischung 1. Im Vergleich zu der

Leuchtstoffmischung 1, wie sie in Figur 1 gezeigt wurde, sind die streuenden Partikel 31 durch streuende, konvertierende Partikel 33 ersetzt, die als Funktionsmaterial zusammen mit dem Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 in der Matrix 50 vorliegen. Diese Partikel 33 weisen im Wesentlichen die gleichen

Eigenschaften bezüglich Partikel-Durchmesser und Gehalt in der Leuchtstoffmischung 1 auf, wie die streuenden Partikel 31, mit dem Unterschied, dass sie zusätzlich Wellenlängen konvertierende Eigenschaften aufweisen. Beispiele solcher Partikel 33 sind LuAG und LuAGaG. Somit führen auch die streuenden konvertierenden Partikel 33 zu erhöhter Effizienz, wie es bereits in Bezug auf die streuenden Partikel 31 erläutert wurde. Bei den streuenden, konvertierenden

Partikeln 33 handelt es sich um feinkörnige

Leuchtstoffpartikel mit Durchmessern von 0,5 bis 5 ym, die im Gegensatz zu Leuchtstoffen, die normalerweise mit einer

Korngröße von über 15 ym eingesetzt werden, in die

Leuchtstoffmischung 1 eingebracht wird.

Die Beispiele der Figuren 1 bis 3 können auch kombiniert in einer Leuchtstoffmischung 1 vorliegen (hier nicht gezeigt) . Das heißt, es kann neben dem Quantenpunkt-Leuchtstoff 20 Funktionsmaterial in der Leuchtstoffmischung 1 vorhanden sein, das streuende Partikel 31, Partikel hoher Dichte 32 sowie streuende, konvertierende Partikel 33 umfasst. Auch Kombinationen aus streuenden Partikeln 31 und Partikeln hoher Dichte 32, streuenden Partikeln 31 und streuenden,

konvertierenden Partikeln 33 sowie Partikeln hoher Dichte 32 und streuenden, konvertierenden Partikeln 33 als

Funktionsmaterial sind denkbar.

In Figur 4 ist in schematischer Seitenansicht eine

Leuchtstoffmischung 1 gezeigt, die neben dem Quantenpunkt- Leuchtstoff 20 und dem Funktionsmaterial (hier sind

beispielhaft streuende Partikel 31 gezeigt) noch zumindest einen weiteren Leuchtstoff 40 enthält. Dieser kann

beispielsweise rot emittierend oder grün emittierend

ausgebildet sein. In diesem Ausführungsbeispiel liegen die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20, das Funktionsmaterial und der weitere Leuchtstoff 40 gemischt in Partikelform in der Matrix 50 vor. Um die Effizienz des Quantenpunkt-Leuchtstoffs 20 weiter zu erhöhen, kann als weiterer Leuchtstoff 40 ein besonders schwerer, also dichter Leuchtstoff 40 verwendet werden. Dazu eignet sich beispielsweise LuAGaG mit einer spezifischen Dichte von etwa 7 g/cm ³ anstelle von LuAG mit einer spezifischen von 6,7 g/cm ³ . Der Anteil des weiteren Leuchtstoffs 40 in der Leuchtstoffmischung 1 beträgt zwischen 20 und 30 Gew% .

Die Leuchtstoffmischung 1 kann in Konversionselementen verwendet werden, die als Konversionsplättchen oder auch als Verguss in optoelektronischen Bauelementen eingesetzt werden können. In der Leuchtstoffmischung 1 können beispielsweise ein oder mehrere Grünleuchtstoffe mit einem oder mehreren Rotleuchtstoffen als weitere Leuchtstoffe 40 sowie rote

Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 oder grüne Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 zusammen mit Funktionsmaterial in einer Matrix 50 kombiniert vorliegen.

Figur 5 zeigt in schematischer Schnittansicht ein

optoelektronisches Bauelement mit einem

strahlungsemittierenden Halbleiterchip 60, der bevorzugt ein Leuchtdiodenchip ist und Strahlung eines Anregungsspektrums eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert. Der

Halbleiterchip 60 ist in der Ausnehmung eines

Bauelementgehäuses 70 angeordnet. Die Ausnehmung des Gehäuses 70 ist weiterhin mit einer Leuchtstoffmischung 1 befüllt, die als Verguss für den Halbleiterchip 60 ausgebildet ist. Die Leuchtstoffmischung 1 kann wie bezüglich der Figuren 1 bis 4 beschrieben zusammengesetzt sein. Das Bauelement sendet warm weiße elektromagnetische Strahlung aus, die sich aus

konvertierter Strahlung der Leuchtstoffmischung 1 und unkonvertierter Strahlung des Halbleiterchips 60 zusammensetzt .

Figur 6 zeigt in schematischer Schnittansicht eine

alternative Ausführungsform des Halbleiterbauelements. Hier sind Halbleiterchips 60 auf einem Substrat 90, das eine

Leiterplatte sein kann, angeordnet. Die Halbleiterchips 60 sind von einem Rahmen 80 umgeben. Der Rahmen 80 ist

aufgefüllt mit einer Leuchtstoffmischung 1, die wieder gemäß einem der Beispiele, wie bezüglich Figur 1 bis 4 beschrieben, zusammengesetzt sein kann.

Figur 7 zeigt in schematischer Schnittansicht wieder ein optoelektronisches Bauelement wie schon bezüglich Figur 5 beschrieben. Hier weist die Leuchtstoffmischung 1 zwei

Bereiche auf, wobei in dem unteren Bereich, der angrenzend an den Halbleiterchip 60 angeordnet ist, die Quantenpunkt- Leuchtstoffe 20 sowie ein weiterer Leuchtstoff 40 in einer Matrix 50 eingebettet sind. In dem daran angrenzenden Bereich der Leuchtstoffmischung 1, der nicht direkt an den

Halbleiterchip 60 angrenzt, sind als Funktionsmaterial streuende Partikel 31 angeordnet. In der Leuchtstoffmischung 1 ist somit eine räumliche Trennung von streuenden

Materialien, in diesem Fall die streuenden Partikel 31, und der LeuchtstoffSchicht, die die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 und den weiteren Leuchtstoff 40 enthält, in der

Leuchtstoffmischung 1 vorhanden. Der Bereich, der die

streuenden Partikel 31 enthält, kann leichter vergossen werden, da nur die streuenden Partikel 31 zum Feststoffgehalt beitragen. Somit ist auch eine höhere Konzentration der streuenden Partikel 31 in diesem Bereich möglich. Zusätzlich oder alternativ können in dem Bereich, der hier die

streuenden Partikel 31 enthält, auch Partikel hoher Dichte 32 vorhanden sein und/oder in dem Bereich, der die Quantenpunkt- Leuchtstoffe 20 enthält streuende, konvertierende Partikel 33 vorhanden sein (hier nicht gezeigt) .

Figur 8 zeigt in schematischer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements. Hier sind angrenzend an den Halbleiterchip 60 ein Bereich der

Leuchtstoffmischung 1 angeordnet, der Leuchtstoffe 40, beispielsweise grüne Leuchtstoffe, eingebettet in einer

Matrix 50, enthält. Weiter entfernt von dem Halbleiterchip 60 ist der Bereich der Leuchtstoffmischung 1 platziert, der die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 und gegebenenfalls weitere

Funktionsmaterialien, hier bespielhaft streuende Partikel 31, enthält. In diesem Beispiel findet somit eine räumliche

Trennung von Leuchtstoffen 40 und Quantenpunkt-Leuchtstoffen 20 statt. Die von dem Halbleiterchip 60 emittierte blaue Strahlung muss somit zuerst die Leuchtstoffe 40 passieren bevor sie auf die Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 trifft. Damit wird die Flussdichte des blauen Lichts an den Quantenpunkt- Leuchtstoffen 20 herabgesetzt, was die Effizienz der

Quantenpunkt-Leuchtstoffe 20 erhöht. In dem die Leuchtstoffe 40 enthaltenden Bereich können auch streuende, konvertierende Partikel 33 angeordnet sein (hier nicht gezeigt) .

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. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 129 917.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugszeichenliste

1 Leuchtstoffmischung

20 Quantenpunkt-Leuchtstoff

31 streuende Partikel

32 Partikel hoher Dichte

33 streuende, konvertierende Partikel 40 Leuchtstoff

50 Matrix

60 Halbleiterchip

70 Gehäuse

80 Rahmen

90 Substrat