Halbleiter-Beleuchtungs orrichtung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter- Beleuchtungsvorrichtung zur Emission von Beleuchtungs- licht.

Stand der Technik

Eine LED-basierte Lichtquelle kann im Vergleich zu einer konventionellen Glühlampe bspw. die Energieeffizienz betreffend Vorteile haben. Eine Herausforderung kann bei solchen Halbleiter-Beleuchtungsvorrichtungen jedoch bspw. darin bestehen, gute Werte für die Farbwiedergabe (Colour Rendering Index, CRI) zu erreichen. Die Referenz, an welche insoweit eine möglichst gute Annäherung erreicht wer ^¬ den soll, ist dabei eine Halogen-Lichtquelle als schwar ^¬ zer Strahler, jedenfalls bis zu einer Farbtemperatur von 5000 K. Für verschiedene Testfarben wird also das Spekt ^¬ rum der LED-basierten mit jenem der Halogen-Lichtquelle verglichen, wobei als hohe „Lichtqualität" eine möglichst gute Annäherung an die Halogen-Lichtquelle betrachtet wird, was sich bspw. in Farbwiedergabewerten > 90 aus- drückt. Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine besonders vorteilhafte Halbleiter- Beleuchtungsvorrichtung anzugeben .

Erfindungsgemäß löst dieses Problem eine Halbleiter- Beleuchtungsvorrichtung zur Emission von Beleuchtungslicht mit einer LED, die zur Emission von blauer Primärstrahlung ausgelegt ist, einem LED-Leuchtstoff, der so angeordnet und ausgelegt ist, dass er im Betrieb von der Primärstrahlung angeregt wird und infolgedessen Sekundär- licht emittiert, welches zumindest einen Anteil des Be ^¬ leuchtungslichts bildet, wobei der LED-Leuchtstoff einen Rot-Leuchtstoff zur Emission von rotem Licht als Anteil des Sekundärlichts und einen Grün-Leuchtstoff zur Emissi ^¬ on von grünem Licht als Anteil des Sekundärlichts auf- weist, welches grüne Licht einen Farbort hat, der in ei ^¬ nem CIE-Normfarbdiagramm oberhalb einer ersten Geraden mit einer Steigung mi und einem y-Achsenabschnitt ni liegt, wobei die Steigung mi = 1,189 und der y- Achsenabschnitt ni = 0,226 ist, und wobei die Anteile des Beleuchtungslichts in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, dass das Beleuchtungslicht eine Farbtemperatur von höchstens 5500 K hat.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrich- tungs- und Verwendungs- bzw. Verfahrensaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Weißlicht als Beleuchtungslicht ergibt sich also durch entsprechende Mischung von rotem, grünem und blauem Licht, wobei letzteres im Allgemeinen beispielsweise auch von einem Blau-Leuchtstoff emittiert werden kann, vor- zugsweise jedoch gleich der von der LED emittierten Primärstrahlung ist. Dabei wird der Grün-Leuchtstoff erfin ^¬ dungsgemäß so gewählt, dass der Farbort des grünen Lichts in einem CIE-Normfarbdiagramm (CIE-Normfarbsystem 1931, in der gesamten Offenbarung) oberhalb der Geraden y = 1,189 · x + 0,226 liegt, vgl. Fig. 3 zur Illustration. Vereinfacht gesprochen soll der Farbort des grünen Lichts also einen deutlichen Abstand zum Roten haben, was im Spektrum zu einem vergleichsweise ausgeprägten Minimum zwischen dem grünen und dem roten Anteil führt, vgl. Fig. 1 zur Illustration.

Die Erfinder haben festgestellt, dass bei einer Beleuchtung mit dem entsprechenden Beleuchtungslicht Rot- und Grüntöne stärker gesättigt sind, was vielfach als ange ^¬ nehm empfunden wird. Ein etwas bildlicher und vereinfach- ter Erklärungsansatz ist, dass viele Farbstoffe (die mit dem in Rede stehenden Beleuchtungslicht beleuchtet wer ^¬ den) in der Reflexion des Lichts „ihrer" Farbe vergleichsweise breitbandig sind, was letztlich einen etwas „verwaschenen" Eindruck der eigentlichen Farbe zur Folge haben kann; indem nun eine gewisse Lücke zwischen dem roten und dem grünen Anteil des Beleuchtungslichts geschaf ^¬ fen wird, wird ein Teil der breitbandigen Reflexion abgeschnitten und erscheint der entsprechend beleuchtete (ro ^¬ te oder grüne) Farbstoff gesättigter. Andererseits muss dies aber auch nicht zwingend zu einer schlechteren Färb- wiedergäbe von Gelbtönen führen, weil sich der Farbreiz „gelb" für das menschliche Auge auch noch hinreichend gut durch additive Farbmischung von rot und grün einstellen lassen kann. In dem Spektrum des gesamten von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Lichts gibt es somit ein Minimum (in der Regel ein lokales Minimum) im Gelben, also beispielsweise zwischen 550 nm und 600 nm, vorzugsweise zwi ^¬ schen 560 nm und 590 nm. „Minimum" meint hierbei einen Wert, der jeweils um mindestens 5 %, vorzugsweise mindes ^¬ tens 10 %, kleiner ist als jedes der beiden nächstbenachbarten Maxima (bspw. ein Messrauschen soll außer Betracht bleiben) .

Ein von den Erfindern alternativ zum vorliegenden Kon- zept, also zur Wahl des Grün-Leuchtstoffs mit bereits originär beabstandeten Farbort, angedachter Ansatz hätte darin bestanden, eine entsprechende Lücke im Beleuchtungslichtspektrum durch Ausfiltern zu erzeugen. Dies hätte jedoch einen Effizienzverlust bedeutet, weil eben ein Teil des erzeugten Lichts ungenutzt geblieben wäre. Die vorliegend bevorzugten Grün-Leuchtstoffe mit originär geeignetem Farbort (siehe unten im Detail) können gegenüber den gängigen Grün-Leuchtstoffen, etwa einem Granat, zwar auch eine geringere Effizienz haben, weswegen im Di- rektvergleich eigentlich der Einsatz letzterer vorteilhaft erscheint. Die „spektrale Nachbearbeitung" durch Ausfiltern würde diesen ursprünglichen Effizienzvorteil jedoch aufbrauchen. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Grün-Leuchtstoff mit originär geeignetem Farbort gewählt. Die Bezugnahme auf „Licht" betrifft vorliegend Strahlung mit zumindest einem Anteil im sichtbaren Spektralbereich (380 nm bis 780 nm) ; „Strahlung" bezieht sich auf elekt ^¬ romagnetische Strahlung. Im Allgemeinen kann die von der LED emittierte Primärstrahlung beispielsweise auch im Ultravioletten liegen und einen Blau-Leuchtstoff anregen, vorzugsweise handelt es sich dabei jedoch um blaues Licht. Dem roten und grünen Licht wird also blaues Licht als (weiterer) Anteil des Beleuchtungslichts zugemischt, welches auf der Primärstrahlung basiert, vorzugsweise gleich dieser ist.

Soweit von einem „Anteil" des Sekundärlichts oder des Be ^¬ leuchtungslichts die Rede ist, meint dies Licht, welches in einem spektralen Teilbereich des jeweiligen Lichts (Sekundärlicht oder Beleuchtungslicht) Intensitäten hat und damit in dem entsprechenden Teilbereich den spektralen Verlauf (des Sekundärlichts oder Beleuchtungslichts) zumindest mitbestimmt. Die Anteile werden in der Regel überlappen, vorzugsweise gibt es für jeden Anteil jedoch einen Bereich, in dem allein dieser Anteil Intensitäten hat .

Das Beleuchtungslicht hat eine Farbtemperatur von höchs ^¬ tens 5500 K, wobei höchstens 5000 K, 4500 K bzw. 4000 K weitere, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevor- zugte Obergrenzen sind. Bevorzugte Untergrenzen liegen bspw. bei mindestens 2500 K, 2600 K bzw. 2700 K, eben ^¬ falls in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt. Der Farbort des „weißen" Beleuchtungslichts muss dabei nicht zwingend exakt auf der Planck-Kurve liegen, ein ge- wisser Versatz dazu kann sogar bevorzugt sein (siehe unten im Detail) . Die Farborte derselben Farbtemperatur liegen dann auf den sogenannten Judd' sehen Geraden, die sich jeweils (je Farbtemperatur) schräg zur Planck-Kurve erstrecken.

Im Allgemeinen kann es sich bei der „LED" (light emitting diode, LED) sowohl um eine gehäuste LED als auch um einen LED-Chip handeln. Der Rot- und der Grün-Leuchtstoff sind vorzugsweise in einer Mischung vorgesehen, besonders be- vorzugt sind sie gemeinsam in ein Verfüllmaterial einge ^¬ bettet, besonders bevorzugt sind sie gemeinsam in einem den LED-Chip bedeckenden Verfüllmaterial eingebettet. Letzteres kann beispielsweise durch Gießen aufgebracht werden, etwa als Silikon-Verguss. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Farbort des Beleuchtungslichts im CIE-Normfarbdiagramm in einem Bereich, den nach oben hin die Planck-Kurve begrenzt und der sich nach unten bis zu einem Abstand von der Planck- Kurve von 15 Schwellenwerteinheiten erstreckt, wobei 14, 13, 12, 11 bzw. 10 Schwellenwerteinheiten weitere, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugte Grenzen des Bereichs sind. Eine Schwellenwerteinheit (SWE) ist defi ^¬ niert als SWE = ((u ^x ₂ - u ^x i) ² · (v ^x ₂ - v ) ² ) ^1/2 , und zwar in dem normierten u ¹ (v ^y ) -Raum, der sich durch Transforma- tion aus dem c _x /c _y -Raum (CIE-Normfarbsystem) ergibt. Hinsichtlich einer Begrenzung der Bereiche zu den Seiten wird auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Farbtemperaturen verwiesen. In bevorzugter Ausgestaltung liegt der Farbort des grünen Lichts im CIE-Normfarbsystem zusätzlich oberhalb einer zweiten Geraden der Form y = -0,833 · x + 0,692. Zur Illustration wird wiederum auf Fig. 3 verwiesen. Generell meint „oberhalb einer Geraden liegen", dass ein entspre ^¬ chender Farbort einen y-Wert hat, der gleich dem oder größer als der sich mit der entsprechenden Geradengleichung aus dem x-Wert des Farborts ergebende y-Wert ist, vorzugsweise größer ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Farbort des grünen Lichts im CIE-Normfarbsystem in einem von vier (x/y) -Wertpaaren aufgespannten Viereck, wobei die (x/y)- Wertpaare sind: (0,352/0,645), (0,25/0,73), (0,17/0,55) und (0,23/0,5) . Je Wertepaar, also je Klammer, ist dabei jeweils zuerst der x- und dann der y-Wert aufgeführt. Das Viereck hat gerade Seitenkanten, die Wertepaare definie ^¬ ren die Ecken. Die Reihenfolge der Nennung der Wertepaare entspricht der Abfolge der Ecken entgegen dem Uhrzeigersinn. Der Farbort des grünen Lichts soll nun innerhalb des Vierecks liegen, was im Allgemeinen auch auf den Seitenkanten meint, vorzugsweise jedoch beabstandet dazu.

In bevorzugter Ausgestaltung hat das grüne Licht eine Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 von mindestens 515 nm, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 520 nm, 525 nm, 530 nm bzw. 535 nm. Die Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 des grünen Lichts soll bevorzugt bei höchstens 555 nm liegen, wobei höchstens 552,5 nm weiter bevorzugt und höchstens 550 nm besonders bevorzugt sind. Die Halbwertsbreite des grünen Lichts soll bevorzugt bei höchstens 85 nm liegen, wobei höchstens 82,5 nm weiter und höchstens 80 nm beson ^¬ ders bevorzugt sind. Mögliche Untergrenzen der Halbwerts ^¬ breite können beispielsweise bei mindestens 30 nm, 40 nm, 50 nm bzw. 60 nm liegen. Die Konkretisierungen „Dominantwellenlänge λ _0οπι " und „Halbwertsbreite" können im Allgemeinen auch unabhängig voneinander von Interesse sein und sollen auch in dieser Form offenbart sein; ebenso können jeweils auch Ober- und Untergrenze unabhängig voneinander von Interesse sein und sollen sie auch in dieser Form offenbart sein. Die Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 ergibt sich im CIE-Normfarbsystem als Schnittpunkt der Spektralfarblinie mit einer Geraden, welche sich durch den Weißpunkt und den Farbort des je ^¬ weilig betrachteten Lichts erstreckt (Farbort und Weiß- punkt liegen auf der Geraden) .

Soweit im Rahmen dieser Offenbarung auf den „Farbort" von Licht Bezug genommen wird, bezieht sich dies auf den Far ^¬ bort, den der/die zugrunde liegende (n) Leuchtstoff (e) bei der im LED-Leuchtstoff vorliegenden Konzentration haben. Der angegebene Farbort bezieht sich vorzugsweise auf eine Messung am Pulver, nicht auf eine Messung am Einzelkorn; bezüglich möglicher Unterschiede wird auf Fig. 3 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.

In bevorzugter Ausgestaltung liegt der Farbort des roten Lichts im CIE-Normfarbsystem in einem von vier (x/y)- Wertepaaren aufgespannten Viereck (mit geraden Seitenkanten, vgl. auch die übrigen vorstehenden Angaben zum grünen Licht), wobei die (x/y) -Wertepaare sind: (0, 68/0, 325), (0, 61/0, 39), (0, 6/0, 38), (0, 67/0, 315). Es wird ausdrücklich auf die vorstehenden Angaben zum Farbort des grünen Lichts verwiesen, die analog gelten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das rote Licht eine Peakwellenlänge _Peak von mindestens 630 nm, wobei mindestens 635 nm weiter und mindestens 638 nm besonders bevorzugt sind. Die Peakwellenlänge _Peak des roten Lichts soll vorzugsweise bei höchstens 645 nm liegen, wobei höchstens 643 nm weiter und höchstens 641 nm besonders bevorzugt sind. Die Halbwertsbreite des roten Lichts soll vorzugsweise bei höchstens 100 nm liegen, wobei höchstens 95 nm, 90 nm bzw. 85 nm weitere, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugte Obergrenzen sind. Mögliche Untergrenzen können beispielsweise bei mindestens 30 nm, 40 nm, 50 nm, 60 nm bzw. 70 nm liegen. Hier können Peakwellenlänge _Peak und Halbwertsbreite im Allgemeinen auch unabhängig voneinander von Interesse sein, was jeweils auch für Ober- und Untergrenze gilt.

Die Erfinder haben festgestellt, dass sich durch eine entsprechende Begrenzung der Peakwellenlänge zwar ein Mi ^¬ nimum zwischen Grün und Rot erreichen lässt, die Lücke aber andererseits nicht zu groß wird. Die Erfinder haben in diesem Bereich eine gute Farbsättigung (aufgrund der Lücke) bei aber zugleich noch guter Farbwiedergabe beo- bachtet, weil die Lücke eben nicht zu groß ist.

In bevorzugter Ausgestaltung liegt der Farbwiedergabeindex R _a (colour rendering index, CRI), berechnet nach CIE 13.2, des Beleuchtungslichts bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 80, 81, 82, 83, 84 bzw. 85; mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 95 bzw. 90 liegen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das rote Licht eine Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 von mindestens 595 nm, wobei mindestens 597,5 nm weiter und mindestens 600 nm beson ^¬ ders bevorzugt sind. Die Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 des ro ^¬ ten Lichts soll vorzugsweise bei höchstens 620 nm liegen, wobei höchstens 619 nm weiter und höchstens 618 nm beson- ders bevorzugt sind.

In bevorzugter Ausgestaltung weist der Grün-Leuchtstoff zumindest einen von einem Orthosilikat-, einem Nitrido- Orthosilikat- und einem ß-SiAlON-Leuchtstoff auf (im All ^¬ gemeinen könnte beispielsweise auch ein organischer Leuchtstoff oder könnten etwa auch Quantenpunkte, quantum dots , als Grün-Leuchtstoff vorgesehen sein) . Vorzugsweise weist der Grün-Leuchtstoff nur einen davon auf, besonders bevorzugt besteht er ausschließlich aus einem davon, ist der Grün-Leuchtstoff also ein Einzelleuchtstoff (was auch generell bevorzugt ist) . Im Allgemeinen könnte der Grün- Leuchtstoff indes auch eine Mischung mehrerer Einzel ^¬ leuchtstoffe sein.

Der Grün-Leuchtstoff (Orthosilikat-, Nitrido-

Orthosilikat ) kann beispielsweise der Form AE2 _a RE _x Eu _a Si0 ₄ -xN _x (AE = Sr, Ba, Ca, Mg; RE = Seltenerdelement) und/oder AE ₂ -x-aRE _x Eu _a Sii- _y 0 ₄ -x-2 _y N _x (AE = Sr, Ba, Ca, Mg; RE = Seltenerdelement) sein. Etwas anders ausgedrückt können bevorzugte Summenformeln für den Grün-Leuchtstoff AE ₂ - _x L _x Si0 ₄ - _{x x} : RE und/oder AE ₂ - _x L _x Sii- _y 0 ₄ - _x - _2y N _x : RE und/oder AE ₂ Si0 ₄ :RE sein, wobei AE ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Mg, Ca, Sr, Ba ent- hält und RE ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Sel ^¬ tenerdmetallen, bevorzugt mindestens Eu enthält, und L ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Seltenerdmetal ^¬ len unterschiedlich zu RE enthält, mit 0 < x -S 0,1, be ^¬ vorzugt 0, 003 < x < 0,02, und 0 < y -S 0,1, bevorzugt 0,002 < y < 0,02. Besonders bevorzugt enthält der Leucht ^¬ stoff als AE mindestens Sr und Ba und gilt für das Ver ^¬ hältnis von Sr und Ba: 0,5 -S Ba:Sr < 2, weiter bevorzugt 0,75 < Ba: Sr < 1,25.

Als Rot-Leuchtstoff ist in bevorzugter Ausgestaltung ein ( Sr , Ca) AlSiN ₃ -Leuchtstoff und/oder ein sogenannter 226- Leuchtstoff vorgesehen, bevorzugt ist einer der beiden als Einzelleuchtstoff. Die 226-Leuchtstoffe weisen hier ^¬ bei dieselbe Kristallstruktur auf wie Sr ( Sr _a Cai_ _a ) Si ₂ Al ₂ N ₆ . Die Raumgruppe des 226-Leuchtstoffs ist bevorzugt mono- klin P2i. Besonders bevorzugt weist die Kristallstruktur des 226-Leuchtstoff gegenüber der Kristallstruktur eines ( Sr , Ca) AlSiN ₃ -Leuchtstoffs eine doppelt so große Ein ^¬ heitszelle auf.

Ein 226-Leuchtstoff als Rot-Leuchtstoff ist beispielswei- se durch die allgemeine Summenformel Sr _x Cai- _x AlSiN ₃ : Eu ge ^¬ kennzeichnet, wobei 0,8 < x ^ 1; zu einem Anteil zwischen 0,1 % und 5 % (jeweils einschließlich) sind die Sr-, Ca- und/oder Sr/Ca-Gitterplät ze durch Eu ersetzt; in der Röntgenstrukturanalyse zeigt der Leuchtstoff in or- thorhombischer Beschreibung einen Reflex mit den Miller 'sehen Indizes 121 .

Wie bereits eingangs erwähnt, ist die von der LED emit ^¬ tierte Primärstrahlung in bevorzugter Ausgestaltung blau- es Licht, das einen Anteil an dem Beleuchtungslicht bil ^¬ det. Ein Teil des blauen Lichts hat dann also einen An ^¬ teil an Beleuchtungslicht; ein anderer Teil wird hingegen zur Anregung des LED-Leuchtstoffs genutzt. Diese Be ^¬ triebsart wird auch als Teilkonversion bezeichnet, der LED-Leuchtstoff wird dazu beispielsweise mit dem blauen Licht durchstrahlt, wobei eben nicht das gesamte blaue Licht konvertiert wird. Generell bezieht sich „Konversi ^¬ on" im Rahmen dieser Offenbarung auf eine Down- Konversion, ist also das Sekundärlicht im Vergleich zur Primärstrahlung längerwellig.

Die Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 des blauen Lichts kann bei ^¬ spielsweise bei in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 434 nm, 436 nm, 438 nm, 440 nm, 442 nm bzw. 444 nm liegen; mögliche Obergrenzen liegen beispielsweise bei höchstens 466 nm, 464 nm, 462 nm, 460 nm, 458 nm bzw. 456 nm (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) . Ober- und Untergrenze können wiederum auch unab ^¬ hängig von Interesse sein und sollen auch in dieser Form offenbart sein. Vorteilhafterweise kann sich eine weitere Lücke im Beleuchtungslichtspektrum ergeben, nämlich zwischen Blau- und Grün-Anteil. In der Folge kann die Farb ^¬ sättigung auch im blauen Spektralbereich erhöht und jene im grünen Spektralbereich weiter verbessert werden. Vorzugsweise ist die LED eine auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial basierende LED, wobei ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial besonders bevorzugt ist, etwa Al _n Ini- _n - _m Ga _m N mit 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge auch Dotie ^¬ rungsstoffe und generell zusätzliche Bestandteile aufwei ^¬ sen und sind der Einfachheit halber nur die wesentlichen Bestandteile angegeben. Bevorzugt ist also eine InGaN- LED. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl LEDs auf, etwa in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 2, 5, 10, 15 bzw. 20 LEDs; mögliche Obergrenzen können beispielsweise bei höchstens 300, 200 bzw. 100 LEDs liegen. Diese Mehr- zahl LEDs sind dabei gemeinsam gehaust; es ist also eine entsprechende Mehrzahl LED-Chips (die für sich jeweils ungehäust sind) gemeinsam mit einem Verfüllmaterial ge ^¬ haust, vorzugsweise gemeinsam vergossen; bevorzugt ist Silikon als Verfüll- bzw. Vergussmaterial. Es soll vor- zugsweise ein durchgehender Körper aus dem Verfüllmaterial die LED-Chips bedecken. Die LED-Chips sind bevorzugt auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet und verdrahtet; Substrat und Verfüllmaterial kapseln die LED-Chips dann gemeinsam. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung betrifft den FCI-Wert des Beleuchtungslichts, der als so ^¬ genannter Feeling of Contrast Index (FCI) einerseits ein Maß für die vorliegend im Besonderen adressierte Farbsät ^¬ tigung ist, andererseits aber auch die Farbwiedergabe be- rücksichtigt, wobei der FCI das Empfinden des menschli ^¬ chen Betrachters berücksichtigt. Bezüglich weiterer De ^¬ tails wird verwiesen auf Hashimoto et al . , A New method for specifying color-rendering properties of light sources based on feeling of contrast, Color Research and Application, Issue no . 5, 2007.

Hat das Beleuchtungslicht eine Farbtemperatur kleiner 3000 K, soll der FCI-Wert bevorzugt mindestens 130 betra ^¬ gen. Generell kann der FCI-Wert auch im Falle derselben Leuchtstoff-Mischung einer gewissen Schwankung unterliegen und beispielsweise auch von der Betriebstemperatur abhängen (mit steigender Temperatur abnehmen), vgl. auch Fig. 4 zur Illustration. Diese Figur illustriert ferner, dass auch bei derselben Farbtemperatur (also für Farbor- te, die auf einer gemeinsamen Judd' sehen Geraden liegen) leicht unterschiedliche FCI-Werte resultieren können. Bei einer Farbtemperatur kleiner 3000 K soll der FCI-Wert jedoch bevorzugt bei mindestens 130 liegen.

Da der FCI-Wert mit zunehmender Farbtemperatur abnimmt, ist bei Farbtemperaturen von mindestens 3000 K ein FCI- Wert bevorzugt, der oberhalb einer Geraden FCI = m _FC i · T (in Kelvin) + n _FC i liegt, wobei m _FC i = -0, 006 und n _FC i = 148 ist. Eine mögliche Obergrenze des FCI kann bei Farbtempe ^¬ raturen kleiner 3000 K beispielsweise bei einem FCI-Wert von höchstens 150 liegen. Bei Farbtemperaturen von mindestens 3000 K kann der FCI-Wert beispielsweise unterhalb einer Geraden FCI = m _FC i · T + n _FC i mit m _FC i = -0, 006 und n _FC i = 168 liegen. Im Zweifelsfall beziehen sich die vorliegenden FCI- Angaben auf an einer Beleuchtungsvorrichtung bei einer Betriebstemperatur des Leuchtstoffs von 120°C ermittelten Werte, vorzugsweise haben sie jedoch auch bis zu einer Betriebstemperatur von höchstens 160°C Gültigkeit.

Die Erfindung betrifft auch ein Leuchtmittel mit einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung und einem Sockel, mit welchem die Halbleiter-

Beleuchtungsvorrichtung elektrisch funktional verbunden ist, etwa mittelbar über eine zwischengeschaltete Steuer- und/oder Treiberelektronik. Der Sockel ist bevorzugt zu einer konventionellen Lampenfassung kompatibel, es kann sich beispielsweise um einen Stiftsockel, einen Bajo ^¬ nettsockel, einen Röhrensockel, einen Hülsensockel, einen Stecksockel oder einen Edisonsockel handeln.

Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung bzw. eines Leuchtmittels damit, und zwar zur Allgemeinbeleuchtung, insbesondere zur Gebäudebeleuchtung, insbesondere zur Ge- bäudeinnenbeleuchtung, insbesondere zur Beleuchtung von Verkaufsflächen, insbesondere begehbaren Verkaufsflächen wie bspw. gesamten Ladengeschäften (hierbei kann eine erhöhte Farbsättigung besondere Vorteile bieten und von er ^¬ höhtem Interesse sein) . Es wird bevorzugt zugleich eine Verkaufsfläche mit der Ware und mit demselben Licht der begehbare Verkaufsraum um die Ware beleuchtet, wobei bspw. ein Anteil von mindestens 30 Ί5 _r VOrZU^SWGlSG ΓΠ.ΪΠ destens 40 %, des von der Beleuchtungsvorrichtung abgege- benen Lichts zur Beleuchtung des begehbaren Verkaufsraums genutzt wird.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Beleuchtungsvorrichtung bzw. eines ent- sprechenden Leuchtmittels, wobei das Sekundärlicht, das sich aus dem roten und dem grünen Licht zusammensetzt, ungefiltert zur Beleuchtung genutzt wird. Vorzugsweise wird das gesamte Beleuchtungslicht ungefiltert genutzt. Die „ungefilterte" Nutzung bezieht sich auf einen Dauer- betrieb, erfolgt also beispielsweise über mindestens 10 s, 30 s, 60 s bzw. auch erheblich länger, etwa mindestens 30 Min. bzw. 60 Min. Insoweit meint „ungefiltert", dass das gesamte über einen entsprechenden Zeitraum erzeugte Sekundärlicht/Beleuchtungslicht der Beleuchtung zugeführt wird (jedenfalls von nicht vermeidbaren Streuverlusten abgesehen) .

Der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebene Lichtstrom kann beispielsweise bei mindestens 500 Im, 1000 Im, 1500 Im, 2000 Im bzw. 2500 Im liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt) ; mögliche Obergrenzen können beispielsweise bei höchstens 10000 Im bzw. höchs ^¬ tens 5000 Im liegen. Es kann beispielsweise eine Effizi ^¬ enz von mindestens 50 W/lm, vorzugsweise mindestens 80 W/lm, besonders bevorzugt mindestens 100 W/lm erreicht werden; mögliche Obergrenzen können etwa bei höchstens 200 W/lm bzw. höchstens 150 W/lm liegen. Dies soll aus ^¬ drücklich auch hinsichtlich der Vorrichtungskategorie offenbart sein. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs ^¬ beispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und in dieser Form offenbart sein sollen.

Im Einzelnen zeigt

Fig. 1 den spektralen Verlauf des Beleuchtungslichts ei ^¬ ner erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;

Fig. 2 ein Diagramm zur Illustration der Farbsättigung des Beleuchtungslichts gemäß Fig. 1 im Vergleich zu dem Licht einer Halogen-Lampe als Referenz;

Fig. 3 ein CIE-Normfarbsystem mit bevorzugten Bereichen für die Farborte des roten und grünen Lichts als Teil des Beleuchtungslichts;

Fig. 4 ein Diagramm zur Illustration von FCI-Werten erfindungsgemäßer Beleuchtungsvorrichtungen unterschiedlicher Farbtemperatur;

Fig. 5 die Lage bevorzugter Farborte relativ zur Planck- Kurve . Fig. 6 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einem schematischen Schnitt. Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Spektrum des Beleuchtungslichts einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. Das von der InGaN-LED der Beleuchtungsvorrichtung emittierte blaue Licht bildet einen Blau-Anteil 1 des Beleuchtungslichts. Die Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 des blauen Lichts liegt bei rund 450 nm. Ein Teil des blauen LED-Lichts wird also als Teil des Beleuchtungslichts direkt zur Beleuchtung ge ^¬ nutzt; mit einem anderen Teil des blauen Lichts wird hin ^¬ gegen ein LED-Leuchtstoff angeregt (vgl. Fig. 5 für den Aufbau im Detail) , der auf diese Anregung hin längerwel ^¬ liges Sekundärlicht emittiert.

Der mit dem blauen Licht angeregte LED-Leuchtstoff be ^¬ steht aus einem Rot- und einem Grün-Leuchtstoff, die Leuchtstoffe sind in Mischung vorgesehen (vgl. Fig. 5 im Detail). Als Rot-Leuchtstoff ist ( Sr, Ca) AlSiN ₃ vorgese ^¬ hen; der Grün-Leuchtstoff ist ein Nitrido-Orthosilikat .

Das von dem Grün-Leuchtstoff auf die Anregung mit dem blauen LED-Licht hin emittierte grüne Licht bildet einen Grün-Anteil 2 an dem Beleuchtungslicht; das von dem Rot- Leuchtstoff auf die Anregung mit dem blauen Licht hin emittierte rote Licht bildet einen Rot-Anteil 3 an dem Beleuchtungslicht. In dem spektralen Verlauf gemäß Fig. 1 ist ein Minimum zwischen dem Grün-Anteil 2 und dem Rot- Anteil 3 zu erkennen, also im Gelben. Gleichermaßen be- findet sich ein Minimum zwischen dem Blau-Anteil 1 und dem Grün-Anteil 2. Wie Fig. 2 illustriert, kann dieser gewissermaßen in Banden untergliederte spektrale Verlauf gemäß Fig. 1 die Farbsättigung erhöhen, jedenfalls im Roten und Grünen, teils auch im Blauen. Andererseits wird die Farbsättigung im Gelben nicht wirklich beeinträchtigt, es kann dort eventuell zu einer gewissen Rotverschiebung kommen. Die Farbsättigung ist in Fig. 2 im Vergleich zu der Farbsättigung gezeigt, die sich mit einer Halogen-Lampe als Re ^¬ ferenz erreichen lässt. Fig. 2 zeigt ein CIELAB-Diagramm mit den Achsen a ^* und b ^* . Je größer für eine bestimmte Testfarbe der Abstand zum Nullpunkt, desto größer ist also die Farbsättigung.

Mit dem spektralen Verlauf gemäß Fig. 1 lässt sich eine erhöhte Farbsättigung erreichen. So führt beispielsweise das Minimum zwischen dem Grün-Anteil 2 und dem Rot-Anteil 3 dazu, dass die in der Regel relativ breitbandig reflek ^¬ tierenden Farbstoffe (der Testfarben) vereinfacht gespro ^¬ chen nicht in voller Breite beleuchtet und dementspre ^¬ chend nicht in voller Breite zur Reflexion gebracht wer- den, was die jeweilige Testfarbe weniger verwaschen er ^¬ scheinen lässt.

Fig. 3 zeigt ein CIE-Normfarbdiagramm (1931) und illustriert die Lage der Farborte verschiedener, zur Realisie ^¬ rung eines spektralen Verlaufs gemäß Fig. 1 geeigneter Rot- und Grün-Leuchtstoffe. Als Grün-Leuchtstoffe wurden ein Orthosilikat- , ein Nitrido-Orthosilikat- und ein ß- SiAlON-Leuchtstoff betrachtet, wobei je Leuchtstoff je ^¬ weils mehrere Punkte mit einer gewissen spektralen Verschiebung zueinander zur Berücksichtigung technisch mög- licher Abweichungen simuliert wurden. Sämtliche Farborte liegen in dem in Fig. 3 gekennzeichneten Viereck.

Ferner ergeben sich je Leuchtstoff der exakt selben Zusammensetzung zwei Farborte , und zwar in Abhängigkeit von der Messmethode, nämlich ob am Einzelkorn oder am Pulver gemessen wird. Am Einzelkorn bzw. im stark verdünnten Zustand ist ein kurzwelliger spektraler Ausläufer stärker ausgeprägt als bei einer Messung am Pulver; letztere gibt jedoch den dann auch in der LED (also im LED- Leuchtstoff) maßgeblichen spektralen Verlauf wieder. In anderen Worten entspricht das Verhalten im LED- Leuchtstoff in etwa dem beim Pulver.

In Fig. 3 sind die Daten der Einzelkornmessungen durch schwarze Punkte gekennzeichnet, wohingegen die in der für den LED-Leuchtstoff relevanten Konzentration ermittelten Daten als weiße Punkte mit schwarzem Rand dargestellt sind .

Auch unabhängig von der Messmethode im Einzelnen liegen sämtliche in Fig. 3 für die Grün-Leuchtstoffe aufgetrage- nen Farborte innerhalb eines von vier (x/y) Wertepaaren aufgespannten Vierecks; die Wertepaare sind: (0,352/0,645), (0,25/0,73), (0,17/0,55) und (0,23/0,5). Die Farborte liegen auch oberhalb der ersten Geraden 31 der Form y = 1,189 · x + 0,226 und zugleich oberhalb der zweiten Geraden 32 der Form y = -0, 833 · x + 0, 692. Die Dominantwellenlänge λ _0οΙΓ1 der Grün-Leuchtstoffe liegt zwi ^¬ schen 535 nm und 550 nm, wobei die Halbwertsbreiten jeweils < 80 nm sind. Ferner sind in dem CIE-Normfarbdiagramm auch die Farborte geeigneter Rot-Leuchtstoffe eingezeichnet, und zwar für einen ( Sr, Ca) AlSiN ₃ -Leuchtstoff und einen 226- Leuchtstoff. Der Unterschied zwischen Messung an Pulver und Einzelkorn ist hier weniger ausgeprägt. Die geeigne ^¬ ten roten Farborte liegen sämtlich innerhalb eines von folgenden (x/y) Wertepaaren aufgespannten Vierecks: (0, 68/0, 325), (0, 61/0, 39), (0, 6/0, 38) und (0,67/0,315). Die Dominantwellenlängen geeigneter Rot-Leuchtstoffe lie- gen zwischen 600 nm und 618 nm, wobei die Halbwertsbrei ^¬ ten nicht größer als 85 nm sind.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm für verschiedene erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen den jeweils ermittelten FCI-Wert, der ein Maß für sowohl die Farbsättigung als aber auch die Farbwiedergabe ist (Feeling of Contrast Index, FCI, vgl. die Beschreibungseinleitung bezüglich einer Referenz) . Je Beleuchtungsvorrichtung mit einem bestimmten LED-Leuchtstoff, also einer bestimmten Mischung aus Rot- und Grün-Leuchtstoff im Verhältnis zu dem von der LED zur Verfügung gestellten Blau-Anteil, sind zwei FCI-Werte aufgetragen. Dabei entspricht jeweils der eine einer Betriebstemperatur (der Beleuchtungsvorrichtung) von 25° und der andere einer Betriebstemperatur von 90°. Die Ergebnisse wurden Simulationsgestützt ermittelt. Dabei haben die Erfinder je Farbtemperatur auch mehrere Beleuchtungsvorrichtungen betrachtet, die sich im Abstand ihres jeweiligen Farborts von der Planck-Kurve unter ^¬ scheiden. Je Farbtemperatur liegen die Farborte auf einer Judd' sehen Geraden. Je solcher Geraden und damit Farbtem- peratur wurden vier sich in ihrem Farbort 41 entsprechend unterscheidende Beleuchtungsvorrichtungen betrachtet, wo ^¬ bei der erste Farbort jeweils (je Farbtemperatur) drei MacAdams-Schritte oberhalb der Planck-Kurve, der zweite Farbort 42 drei MacAdams-Schritte unterhalb der Planck- Kurve, der dritte Farbort 43 sechs MacAdams-Schritte und der vierte Farbort 44 zehn MacAdams-Schritte unterhalb der Planck-Kurve liegt. Der FCI-Wert ist also (bei der ^¬ selben Farbtemperatur) für Werte unterhalb der Planck- Kurve größer als oberhalb davon.

Die Bezugszeichen a, b differenzieren dann zwischen der Raumtemperatur (25 °C) als Betriebsbedingung (RT) und der erhöhten Temperatur von 90 °C, die sich im Dauerbetrieb (D) einstellt. Der Vergleich von beispielsweise 44a mit 44b betrifft also dieselbe Beleuchtungsvorrichtung bei unterschiedlichen Temperaturen, der FCI-Wert nimmt mit steigender Temperatur ab (was üblicherweise in den Eigenschaften der Leuchtstoffe begründet ist, deren Emissions ^¬ wellenlänge sich mit der Temperatur etwas ändern kann) . Bei Farbtemperaturen < 3000 K sind die FCI-Werte sämtlich > 130. Bei größeren Farbtemperaturen (von mindestens 3000 K) liegen die FCI-Werte oberhalb einer Geraden 45 der Form FCI = -0,006 · T (K) + 148.

Anhand von Fig. 4 wurde deutlich, dass ein bei der ge- wünschten Farbtemperatur in einem gewissen Abstand zur Planck-Kurve liegender Farbort gegenüber einer Lage auf der Planck-Kurve sogar bevorzugt sein kann, weil sich so beispielsweise der FCI-Wert erhöhen lassen kann. Fig. 5 zeigt eine Planck-Kurve 51 in einem Koordinaten ^¬ system, welches zu einem CIE-Normfarbdiagramm passt, der Farbraum ist jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt . Unterhalb der Planck-Kurve 51 ist ein erster, größerer Bereich 52 gekennzeichnet, in dem der Farbort des Be ^¬ leuchtungslichts einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung bevorzugt liegen soll. Besonders bevorzugt soll der Farbort in dem zweiten, engeren Bereich 53 liegen, welchen der erste Bereich 52 beinhaltet.

Fig. 6 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 61 mit mehreren LEDs 62, nämlich für sich ungehäusten LED-Chips. Diese sind auf einem Substrat 63 angeordnet und über Bonddrähte 64 miteinander und (nicht gezeigten) Leiterbahn- Anschlüssen des Substrats 63 verbunden.

Die LED-Chips sind in der Beleuchtungsvorrichtung 61 gemeinsam gehäust, und zwar mit einem Vergussmaterial 65 bedeckt, nämlich Silikon. In das Silikon ist eine Mi- schung aus dem Rot- und dem Grün-Leuchtstoff eingebettet. Je Leuchtstoff sind eine Vielzahl Leuchtstoffpartikel in das Vergussmaterial 65 eingebettet und darin zufallsver ^¬ teilt.

Das von den LEDs 62 jeweils an einer Lichtabstrahlfläche 66 emittierte blaue Licht (als Primärstrahlung) durch ^¬ setzt das Vergussmaterial 65 mit der Leuchtstoffmischung und wird dabei zum Teil konvertiert. An einer Lichtab ^¬ strahlfläche 67 der Beleuchtungsvorrichtung 61 wird dann eine Mischung aus dem von dem LED-Leuchtstoff (der Mischung) auf diese Anregung hin abgegebenen Konversionslicht und einem nicht konvertierten Teil des blauen LED- Lichts als Beleuchtungslicht abgegeben.