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Title:
CONVERSION SUBSTANCE, MIXTURE OF SUBSTANCES, PROCESS FOR THE PRODUCTION OF A CONVERSION SUBSTANCE AND RADIATION-EMITTING COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/078934
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a conversion substance of general formula RE1 3 -xRE2 x (Sc5- y-zAlyGaz) O12, wherein RE1 is an element or a combination of elements selected from the group of rare earth elements, RE2 is an element or a combination of elements selected from the group of rare earth elements, RE1 and RE2 are selected differently from one another, and 0 < x ≤ 3, 0 ≤ y ≤ 5, 0 < z ≤ 5 and y + z ≤ 5. The invention also relates to a mixture of substances, to a method for producing a conversion substance and to a radiation-emitting component.

Inventors:
VORSTHOVE MARK (DE)
HUCKENBECK BARBARA (DE)
JERMANN FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/077436
Publication Date:
April 18, 2024
Filing Date:
October 04, 2023
Export Citation:
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Assignee:
AMS OSRAM INT GMBH (DE)
International Classes:
C09K11/80; H01L33/50
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Konversionsstoff (1) der allgemeinen Formel RE13-XRE2X (Sc5-y-zAlyGaz) O12, wobei

RE1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE1 und RE2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < x < 3, 0 < y < 5, 0 < z < 5 und y + z < 5.

2. Konversionsstoff (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei RE1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ist, ausgewählt aus der Gruppe Gd, Y, La und Lu.

3. Konversionsstoff (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei RE2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ist, ausgewählt aus der Gruppe Ce und Eu.

4. Konversionsstoff (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die allgemeine Formel Gd3-xCex ( Sc5-y_ zAlyGaz ) O12 •

5. Konversionsstoff (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konversionsstoff (1) einen Absorptionsbereich mit einem Absorptionsmaximum im UV bis blauen Spektralbereich aufweist.

6. Konversionsstoff (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Absorptionsmaximum in dem Bereich einschließlich 430 nm bis einschließlich 490 nm liegt. 7. Konversionsstoff (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Quanteneffizienz aufweist, die aus dem Bereich > 0% bis < 100 % ausgewählt ist.

8. Konversionsstoff (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Quanteneffizienz < 20% ist.

9. Konversionsstoff (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einer kubischen Raumstruktur kristallisiert.

10. Stoffgemisch (2) aufweisend einen Konversionsstoff (1) der allgemeinen Formel

RE13-XRE2X (Sc5-y-zAlyGaz) O12, wobei

RE1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE1 und RE2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < x < 3, 0 < y < 5, 0 < z < 5 und y + z < 5, und einen Leuchtstoff, wobei der Leuchtstoff die allgemeine Formel RE13-kRE2k (Al, Ga) 5O12 aufweist, wobei

RE1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE1 und RE2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < k < 0,2. 11. Stoffgemisch (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Konversionsstoff (1) in dem Stoffgemisch mit einem Anteil vorhanden ist, der ausgewählt ist aus dem Bereich > 0% und < 100% .

12. Stoffgemisch (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Leuchtstoff einen Absorptionsbereich mit einem Absorptionsmaximum aufweist, wobei das Absorptionsmaximum eine Lage aufweist, die im Wesentlichen identisch ist zu einer Lage des Absorptionsmaximums des Konversionsstoffs (1) .

13. Stoffgemisch (2) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Leuchtstoff und der Konversionsstoff (1) Emissionsspektren aufweisen, die im Wesentlichen identisch sind .

14. Stoffgemisch (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche

10 bis 13, das den Leuchtstoff YAG:Ce umfasst.

15. Verfahren zur Herstellung eines Konversionsstoffs (1) der allgemeinen Formel RE13-XRE2X (Sc5-y-zAlyGaz) O12, wobei

RE1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE1 und RE2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < x < 3, 0 < y < 5, 0 < z < 5 und y + z < 5, mit den Schritten

- Bereitstellen eines Gemenges von Edukten, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Oxide, Nitride, Carbonate, Nitrate, Oxalate, Citrate und Hydroxide jeweils von RE1, RE2, Sc, Al und Ga und Kombinationen daraus umfasst,

- homogenes Vermengen der Edukte,

- Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur, die aus dem Bereich einschließlich 1200°C bis einschließlich 1900°C ausgewählt ist.

16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem Gemenge von Edukten Al und/oder Ga im Überschuss vorhanden sind .

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei dem Gemenge an Edukten ein oder mehrere Flussmittel zugegeben werden und/oder wobei das Erhitzen unter Formiergasatmosphäre durchgeführt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Erhitzen für einen Zeitraum von 1h bis 5h durchgeführt wird.

19. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) mit

- einem Halbleiterchip (10) , der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert,

- einem Konversionselement (20) , das einen Konversionsstoff

(1) der allgemeinen Formel RE13-XRE2X (Scs-y-zAlyGaz) O12, wobei

RE1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist,

RE1 und RE2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < x < 3, 0 < y < 5, 0 < z < 5 und y + z < 5 oder ein Stoffgemisch (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 aufweist, und das elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, der von dem ersten Wellenlängenbereich teilweise verschieden ist.

20. Strahlungsemittierendes Bauelement (100) gemäß dem vorherghenden Anspruch, wobei der Halbleiterchip (10) ein Leuchtdiodenchip ist.

Description:
Beschreibung

KONVERS IONSSTOFF, STOFFGEMISCH, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KONVERS IONS STOFFS UND STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT

Es werden ein Konversionsstof f , ein Stof f gemisch, ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionsstof fs und ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben .

Aufgabe zumindest einer Aus führungs form ist es einen Konversionsstof f mit verbesserten Eigenschaften anzugeben . Aufgabe zumindest einer weiteren Aus führungs form ist es ein Stof fgemisch mit verbesserten Eigenschaften anzugeben .

Aufgabe zumindest einer weiteren Aus führungs form ist es ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionsstof fs mit verbesserten Eigenschaften anzugeben . Aufgabe zumindest einer weiteren Aus führungs form ist es ein strahlungsemittierendes Bauelement mit verbesserten Eigenschaften anzugeben . Diese Aufgaben werden durch einen Konversionsstof f , ein

Stof f gemisch, ein Verfahren und ein strahlungsemittierendes Bauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst .

Es wird ein Konversionsstof f angegeben . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der Konversionsstof f die allgemeine Formel RE 1 3-X RE 2 X ( Sc5- y-z Al y Ga z ) O12 . Dabei ist

RE 1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente , RE 2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente , RE 1 und RE 2 sind unterschiedlich voneinander ausgewählt , und es gilt 0 < x < 3 , 0 < y < 5 , 0 < z < 5 und y + z < 5 . Insbesondere kann x ausgewählt sein aus dem Bereich 0 , 25 < x < 0 , 65 . Unter dem Begri f f „Konversionsstof f" wird hier und im Folgenden ein Material verstanden, das zur Absorption von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist . Die absorbierte Strahlung führt vollständig oder teilweise zu einem Ladungstransport innerhalb des Konversionsstof fs und schließlich zu einem Defekt , an dem es zu einer strahlungs freien Rekombination der Ladungen kommt . Findet dieser Vorgang nur zum Teil statt , weist der Konversionsstof f zusätzlich auch wellenlängenkonvertierende Eigenschaften auf . Dabei wird ein Teil der absorbierten Strahlung zu einer elektromagnetischen Strahlung konvertiert , die ein anderes Wellenlängenmaximum als die von dem Konversionsstof f absorbierte elektromagnetische Strahlung aufweist . Beispielsweise absorbiert der Konversionsstof f Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum bei kleineren Wellenlängen als das Emissionsmaximum und emittiert somit Strahlung mit einem in Richtung Rot verschobenen Emissionsmaximum .

RE 2 ist gemäß einer Aus führungs form ein Aktivatorelement . Der Konversionsstof f kann insbesondere ein kristallines , beispielsweise keramisches Wirtsmaterial , in das RE 2 als Aktivatorelement eingebracht ist , aufweisen . Bei dem Konversionsstof f handelt es sich beispielsweise um ein keramisches Material .

Ein Aktivatorelement verändert die elektronische Struktur des Wirtsmaterials insofern, dass elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von dem Konversionsstof f absorbiert werden kann . Diese sogenannte Primärstrahlung kann in dem Konversionsstof f einen elektronischen Übergang anregen, der zu einer strahlungs freien Rekombination führt . Optional geht zusätzlich der angeregte Zustand teilweise unter Aussenden von elektromagnetischer Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs , auch Sekundärstrahlung genannt , wieder in den Grundzustand über . Das Aktivatorelement , das in das Wirtsmaterial eingebracht ist , ist somit - wenn vorhanden - für die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften des Konversionsstof fs verantwortlich .

Hier und im Folgenden werden Konversionsstof fe anhand von Summenformeln beschrieben . Die in den Summenformeln auf geführten Elemente liegen dabei in geladener Form vor . Hier und im Folgenden sind mit Elementen und/oder Atomen in Bezug auf die Summenformeln der Konversionsstof fe somit Ionen in Form von Kationen und Anionen gemeint , auch wenn dies nicht expli zit angegeben ist . Dies gilt auch für Element Symbole , wenn diese der Übersichtlichkeit halber ohne Ladungs zahl angegeben werden .

Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Konversionsstof f weitere Elemente beispielsweise in Form von Verunreinigungen aufweist . Zusammengenommen weisen diese Verunreinigungen höchstens 5 Mol% , insbesondere höchstens 1 Mol% , bevorzugt höchstens 0 , 1 Mol% auf .

Seltenerdelemente umfassen vorliegend die chemischen Elemente der 3 . Nebengruppe des Periodensystems sowie die Lanthanoide . Seltenerdelemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium .

Bei sogenannten Baukasten-Plattformen für LEDs ( Licht emittierende Dioden) sind einzelne Komponenten austauschbar . Das Ziel ist es , einen Baukasten bereitzustellen, in dem möglichst viele verschiedene LED-Derivate eingesetzt werden können, die unterschiedliche Farben, Weiß-Farborte und insbesondere Helligkeiten umfassen . Verschiedene Helligkeiten werden bislang vor allem durch unterschiedliche Chipgrößen und Chiptypen ( Chipsourcing) umgesetzt , um eine Helligkeitsbandbreite von beispielsweise 20 mcd bis 4 cd abzudecken . Die spezi fischen Designs der Chips und eventuell geringe Einzelvolumina einzelner Derivate führen dazu, dass ein komplexes Chip-Portfolio bereitgehalten werden muss , um die Baukasten-Plattformen insbesondere über einen langen Zeitraum hinweg, beispielsweise für länger als 10 Jahre , bereithalten zu können, was insbesondere im Automotive Bereich von Relevanz ist . Über diesen Zeitraum hinweg dürfen sich die Eigenschaften der LED nicht verändern, insbesondere auch nicht der optische Eindruck . Das verursacht unerwünschte Zusatzkosten .

Bislang ist es nicht möglich, mit einem Chip-Typ verschiedene Helligkeiten einer LED zu erzeugen ohne entweder den Betriebsstrom oder den Chip hinsichtlich seiner Form oder Funktion zu verändern . Eine solche Veränderung erfolgt beispielsweise über eine Abdunkelung durch überdimensionierte Bondpads . Diese Vorgehensweise verursacht hohe Produktionskosten, da die für verschiedene Helligkeiten benötigten Designs der LEDs nur in geringen Stückzahlen benötigt werden, und die einzelnen LED-Chips dadurch sehr teuer in ihrer Herstellung sind . In Kombination mit der Lauf zeit und fortlaufender Generationen der Produkte ist das Chipsourcing damit extrem komplex, zeitaufwändig und teuer . Eine Möglichkeit das komplexe Chipsourcing zu vereinfachen und damit die Kosten zu senken, wäre die Verwendung von Ruß als Breitbandabsorber um die Effizienz des Bauteils zu verringern. Dies würde aber dazu führen, dass die optische Erscheinung des Bauteils verändert wäre, was normalerweise nicht gewollt ist.

Weiterhin ist es prinzipiell möglich, einen zusätzlichen Konversionsstoff in die LED einzubringen, der eine verminderte Quanteneffizienz aufweist. Es hat sich aber gezeigt, dass die dafür meist benutzte Verwendung von Störelementen wie beispielsweise Sm 3+ zum einen die Quanteneffizienz zwar deutlich reduzieren kann, aber zu zusätzlichen Emissionen führt, die die Emissionsfarbe des Bauteils unerwünscht verändert. Zudem ist es sehr schwierig, eine exakte Erniedrigung der Quanteneffizienz eines Leuchtstoffs reproduzierbar über Störelemente zu gewährleisten. Ansonsten sind bislang keine Alternativen bekannt, die gezielt die Emission eines LED-Chips, beispielsweise eine blaue Emission, absorbieren, ohne die sonstigen Eigenschaften des Bauelements zu verändern.

Der hier beschriebene Konversionsstoff ermöglicht die Verwendung von nur einem oder nur wenigen unterschiedlichen Chiptypen und -großen zur Realisierung eines breiten Helligkeitport folios , ohne dass sich insbesondere der optische Eindruck eines den Konversionsstoff enthaltenden Bauelements verändert.

Der hier beschriebene Konversionsstoff basiert auf einer Granatstruktur von bekannten Leuchtstoffen, wie beispielsweise dem Cer-dotierten Granat-Leuchtstoff Y 3 A150i2:Ce (YAG:Ce) , welcher eine gelbe Körperfarbe besitzt. Solche Leuchtstoffe gegebenenfalls zusammen mit weiteren Leuchtstoffen können die Emission von blau emittierenden LED- Chips absorbieren und in grün-gelbe Sekundärstrahlung umwandeln. Bislang bekannte Granat-Leuchtstoffe weisen eine hohe Absorption im Emissionsbereich von blau emittierenden Chips und eine hohe Quanteneffizienz auf. Durch Anpassungen der Struktur (zum Beispiel teilweiser Austausch einzelner Elemente) ist es möglich, sowohl die Lage der Anregungsbande als auch die der Emissionsbande zu variieren. Bisher sind Granat-Systeme auf eine hohe Konversionseffizienz optimiert.

Um die Quanteneffizienz zu reduzieren, absorbiert der hier beschriebene Konversionsstoff die Primärstrahlung, beispielsweise blaues Licht einer LED, aber er konvertiert sie zumindest teilweise nicht in sichtbares Licht. Ohne oder mit verminderter Quanteneffizienz des hier beschriebenen Konversionsstoffs und gleichzeitig hoher Absorption der Primärstrahlung kann die Helligkeit der Gesamtemission verringert werden. Insbesondere wenn der Konversionsstoff zusammen mit einem Granat-Leuchtstoff wie YAG:Ce verwendet wird, wird dabei der Farbort, beispielsweise ein Weißfarbort, eines Bauelements nicht negativ beeinflusst, so dass durch Zugabe von nur einem weiteren Material, dem Konversionsstoff, ein breites Helligkeitsport folio mit einem Chiptyp und einem Leuchtstoff bereitgestellt werden kann.

Um die verminderte Quanteneffizienz zu erreichen kann bei dem hier beschriebenen Konversionsstoff auf einen Einbau von Störelementen, welche meistens zu unerwünschten Nebeneffekten wie zusätzlichen Absorptionen im sichtbaren Spektralbereich führen, verzichtet werden. Vielmehr findet bei dem hier beschriebenen Konversionsstoff ein Konzentrationsquenching statt, welches zu einer Reduzierung der Quanteneffizienz führt . Je nach gewünschter verminderter Quantenef fi zienz kann der Anteil an RE 2 , welches als Aktivator in dem Konversionsstof f fungiert , im Rahmen der allgemeinen Formel so hoch gewählt werden, dass es nach der Anregung nicht mehr zu einer Emission von elektromagnetischer Strahlung kommt , sondern zu einem Ladungstransport von einem zum nächsten Aktivatorion und letztendlich zu einem Defekt , an dem es zu einer strahlungs freien Rekombination kommt .

Im Kristallgitter des bekannten Granat-Leuchtstof fs YAG : Ce passt das größere Ce 3+ - Ion mit einem Durchmesser von 1 , 14 pm nur zu einem geringen Anteil , beispielsweise zu einem Anteil von 3% , auf die Dodekaederplätze des Y 3+ - Ions mit einem Durchmesser von 1 , 02 pm . Der hier beschriebene Konversionsstof f weist ein demgegenüber auf geweitetes Kristallgitter auf , welches es ermöglicht , den Anteil an Aktivatorionen zu erhöhen . Die Aufweitung erfolgt durch den zumindest teilweisen oder auch vollständigen Austausch von Al 3+ durch größere Ionen, nämlich von Al 3+ auf den Oktaederplätzen durch Sc 3+ und den Austausch von Al 3+ auf den Tetraederplätzen durch Ga 3+ . Weiterhin kann Y 3+ auf den Dodekaederplätzen zumindest teilweise durch ein RE 1 , insbesondere einem RE 1 mit größerem Durchmesser ausgetauscht sein, beispielsweise durch Gd 3+ . Die Aufweitung des Kristallgitters erlaubt es , bis zu 15% , insbesondere bis zu 30% , bis maximal 100% von RE 1 durch den Aktivator RE 2 zu ersetzen . Dieser hohe Anteil an Aktivatorionen RE 2 führt zum einen zu einem starken Emissionsquenching, und gleichzeitig zu einer hohen Absorption des Konversionsstof fs . Durch Anpassung des Gehalts an RE 2 ist es möglich, die Stärke und Breite der Absorptionsbande anzupassen, sowie die Höhe der Quantenef fi zienz . Weiterhin kann durch Variation des Aluminium-Gehalts und/oder durch Anpassung des Verhältnisses der Anteile von Sc, Ga und RE 1 zueinander die gewünschte Lage der Absorptionsbande und - wenn vorhanden - der Emissionsbande des Konversionsstof fs eingestellt werden . Dadurch wird zum einen eine Anpassung des Konversionsstof fs an einen Leuchtstof f ermöglicht , wenn dieser gemeinsam mit dem Konversionsstof f in einem Bauelement verwendet wird . Insbesondere bei Verwendung von Granat- Leuchtstof fen kann der hier beschriebene Konversionsstof f so an den Leuchtstof f angepasst werden, dass er optisch nicht von dem Leuchtstof f zu unterscheiden ist und des Weiteren auch ähnliche oder gleiche Absorptions- und Emissionslagen aufweist . Zum anderen kann der Konversionsstof f , wenn er eine Emission aufweist , auch alleine als Leuchtstof f verwendet werden, in dem über den Gehalt an RE 2 die gewünschte Helligkeit eingestellt werden kann .

Mit dem hier beschriebenen Konversionsstof f alleine oder in Kombination mit einem Leuchtstof f kann somit ein breites Helligkeitsport folio unter Verwendung von nur einem oder wenigen Chiptypen bereitgestellt und damit das aufwändige Chipsourcing drastisch reduziert werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist RE 1 ein Element oder eine Kombination von Elementen, ausgewählt aus der Gruppe Gd, Y, La und Lu . Insbesondere ist RE 1 Gd oder eine Kombination aus Gd und Y, beispielsweise ist RE 1 Gd . Damit ist das kleinere Y 3+ teilweise oder vollständig durch das größere Gd 3+ ersetzt , was zu der oben beschriebenen Aufweitung des Kristallgitters beiträgt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist RE 2 ein Element oder eine Kombination von Elementen, ausgewählt aus der Gruppe Ce und Eu. Insbesondere ist RE 2 Ce . Bei Ce und Eu handelt es sich um typische Aktivatorelemente.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Konversionsstoff die allgemeine Formel Gd 3-x Ce x (Sc5- y-z Al y Ga z ) O12 auf. In diesem ist RE 2 das Aktivatorelement Ce und RE 1 ist Gd. Je nach gewähltem x kann bis zu 100% von Gd durch Ce ersetzt werden, womit eine hohe Aktivatorkonzentration und damit ein hohes Konzentrationsquenching erreicht werden kann. Ein solcher Konversionsstoff kann somit gut auf die gewünschte Quanteneffizienz zur Einstellung der Helligkeit der Gesamtemission eingestellt werden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Konversionsstoff einen Absorptionsbereich mit einem Absorptionsmaximum im UV bis blauen Spektralbereich auf. Damit kann der Konversionsstoff ein im Wesentlichen identisches Absorptionsverhalten aufweisen wie ein Leuchtstoff, insbesondere ein Granat-Leuchtstoff, beispielsweise YAG:Ce. Bei Kombination eines solchen Leuchtstoffs mit dem Konversionsstoff wird der Farbort, beispielsweise der Weiß-Farbort einer LED, somit nicht oder nur gering beeinflusst.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form liegt das Absorptionsmaximum in dem Bereich einschließlich 430 nm bis einschließlich 490 nm.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Konversionsstoff eine Quanteneffizienz auf, die aus dem Bereich > 0% bis < 100 % ausgewählt ist. Damit ist die Quanteneffizienz des Konversionsstoffs je nach gewünschter

Helligkeit einstellbar. Die Einstellung kann dabei entweder über den Konversionsstoff alleine oder als Gemisch mit einem passenden Leuchtstoff erfolgen. Der optische Eindruck eines den Konversionsstoff und einen Leuchtstoff, insbesondere einen Granat-Leuchtstoff, enthaltenden Bauelements wird dabei nicht oder kaum negativ beeinflusst, wie es beispielsweise bei der Verwendung mit Ruß der Fall wäre. Diese einfache Möglichkeit der Helligkeitseinstellung vermindert die sonst hohe Komplexität des Chip-Sourcings , zum Beispiel bei Baukasten-Plattformen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Quanteneffizienz < 20%, insbesondere < 15%. Weiterhin ist mit dem hier beschriebenen Konversionsstoff bei geeigneter Zusammensetzung eine Quanteneffizienz von < 1%, beispielsweise von 0,5% realisierbar. Gleichzeitig kann trotz reduzierter Helligkeit die Remission des Konversionsstoffs im Bereich der Primärstrahlung, beispielsweise im Bereich der Emission eines blau emittierenden Chips, unter 10% liegen, der Konversionsstoff also in dem relevanten Bereich eine hohe Absorption aufweisen.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der Leuchtstoff ein kristallines, beispielsweise keramisches, Wirtsgitter. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich beispielsweise um ein keramisches Material.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form kristallisiert der Konversionsstoff in einer kubischen Raumstruktur. Insbesondere kristallisiert der Konversionsstoff in der Raumgruppe Ia3d. Damit kristallisiert der Konversionsstoff in der gleichen Raumstruktur wie die Leuchtstoffe auf Granatbasis, beispielsweise YAG:Ce. Das kristalline Wirtsgitter ist insbesondere aus einer sich in der Regel periodisch wiederholenden dreidimensionalen Elementarzelle auf gebaut . Mit anderen Worten handelt es sich bei der Elementarzelle um die kleinste wiederkehrende Einheit des kristallinen Wirtsgitters . Die Elemente RE 1 , RE 2 , Sc, Al , Ga und 0 besetzen darin j eweils festgelegte Plätze , sogenannte Punktlagen, der dreidimensionalen Elementarzelle des Wirtsgitters .

Zur Beschreibung der dreidimensionalen Elementarzelle des kristallinen Wirtsgitters werden sechs Gitterparameter benötigt , drei Längen a, b und c und drei Winkel a, ß und y . Die drei Gitterparameter a, b und c sind die Längen der Gittervektoren, die die Elementarzelle aufspannen . Die weiteren drei Gitterparameter a, ß und y sind die Winkel zwischen diesen Gittervektoren , a ist der Winkel zwischen b und c, ß ist der Winkel zwischen a und c und y ist der Winkel zwischen a und b . Im Falle einer kubischen Raumstruktur sind die Längen gleich und somit die Angabe der Länge a ausreichend . Weiterhin betragen die Winkel j eweils 90 ° .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Konversionsstof f einen Gitterparameter a auf , der aus dem Bereich > 12 , 20 Ä ausgewählt ist . Damit ist das Kristallgitter des Konversionsstof fs gegenüber einem Kristallgitter von auf YAG basierenden Granat-Leuchtstof fen vergrößert bzw . aufgeweitet . Auf YAG basierende Granat- Leuchtstof fe weisen in der Regel Gitterparameter a von < 12 , 20 Ä, beispielsweise etwa 12 , 016 Ä, auf . Das aufgeweitete Kristallgitter erlaubt eine hohe Konzentration an RE 2 , welche wiederum für die reduzierte Quantenef fi zienz verantwortlich ist . Es wird weiterhin ein Stoffgemisch angegeben. Der hier beschriebene Konversionsstoff ist dazu geeignet und eingerichtet in einem hier beschriebenen Stoffgemisch eingesetzt zu werden. Sämtliche Merkmale, die in Bezug auf den Konversionsstoff offenbart sind, gelten somit auch für das Stoffgemisch und umgekehrt.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Stoffgemisch einen Konversionsstoff gemäß den obigen Ausführungen auf und einen Leuchtstoff, wobei der Leuchtstoff die allgemeine Formel RE 1 3 -kRE 2 k (Al, Ga) 5O12 aufweist, wobei RE 1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist, RE 2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist, RE 1 und RE 2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < k < 0,2.

Unter dem Begriff „Leuchtstoff" wird hier und im Folgenden ein Wellenlängenkonversionsstoff verstanden, also ein Material, das zur Absorption und Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Insbesondere absorbiert der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung, die ein anderes Wellenlängenmaximum als die von dem Leuchtstoff emittierte elektromagnetische Strahlung aufweist. Beispielsweise absorbiert der Leuchtstoff Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum bei kleineren Wellenlängen als das Emissionsmaximum und emittiert somit Strahlung mit einem in Richtung Rot verschobenen Emissionsmaximum. Reine Streuung oder reine Absorption werden vorliegend nicht als we llenlängenkonver tier end verstanden . Der Leuchtstoff kann die Elemente RE 1 und RE 2 umfassen, wie sie oben in Bezug auf den Konversionsstoff definiert wurden. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich um einen Granat- Leuchtstoff. Im Unterschied zu dem Konversionsstoff weist der Leuchtstoff jedoch kein oder nur weniger auf geweitetes Kristallgitter auf, da Al 3+ , wenn überhaupt, nur teilweise, beispielsweise mit einem Anteil von höchstens 40%, durch Ga 3+ substituiert ist. Dementsprechend ist der Gehalt an RE 2 , welches als Aktivatorelement fungiert, niedriger im Vergleich zu dem Konversionsstoff. Eine Verringerung der Quanteneffizienz durch Konzentrationsquenching findet in dem Leuchtstoff somit nicht statt.

In dem Stoffgemisch werden also ein Leuchtstoff auf Granatbasis und der hier beschriebene Konversionsstoff auf Granatbasis kombiniert. Während der Leuchtstoff auf hohe Quanteneffizienz optimiert ist, weist der Konversionsstoff eine einstellbare verminderte Quanteneffizienz auf. Durch Zugabe von nur einem weiteren Material, nämlich dem hier beschriebenen Konversionsstoff, kann somit die Gesamthelligkeit der bei Anregung von dem Stoffgemisch emittierten Strahlung je nach Wunsch angepasst werden, ohne dass der optische Eindruck durch den Konversionsstoff negativ beeinflusst wird.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Konversionsstoff mit einem Anteil aus dem Bereich von > 0% bis < 100% in dem Stoffgemisch vorhanden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Leuchtstoff einen Absorptionsbereich mit einem Absorptionsmaximum auf, wobei das Absorptionsmaximum eine Lage aufweist, die im Wesentlichen identisch ist zu einer Lage des Absorptionsmaximums des Konversionsstof fs .

„Im Wesentlichen identisch" soll hier und im Folgenden bedeuten, dass zwei zu vergleichende Größen exakt identisch sind, sich nur im Rahmen von Messungenauigkeiten unterscheiden oder sich nur in einem Maß unterscheiden, dass sie für einen äußeren Betrachter nicht wahrnehmbar sind .

Durch die im Wesentlichen identische Lage der Absorptionsmaxima findet eine hohe Gesamtabsorption statt , während der Konversionsstof f zumindest teilweise keine Emission aufweist . Somit kann die Helligkeit des Stof f gemisches reduziert werden gegenüber einer Helligkeit des reinen Leuchtstof fs .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen der Leuchtstof f und der Konversionsstof f Emissionsspektren auf , die im Wesentlichen identisch sind . Damit wird die Gesamtemission des Stof f gemisches wenig oder nicht verändert gegenüber der Emission des reinen Leuchtstof fs , womit der Farbort der Gesamtemission nicht negativ beeinflusst wird und im Wesentlichen unverändert bleibt bei gleichzeitig reduzierter Helligkeit .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Stof fgemisch den Konversionsstof f der allgemeinen Formel Gdß- x Ce x ( Sc5-y- z Al y Ga z ) Oi2 . Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form umfasst das Stof fgemisch den Leuchtstof f YAG : Ce .

Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines

Konversionsstof fs angegeben . Das Verfahren ist dazu geeignet einen Konversionsstoff wie hier beschrieben herzustellen.

Sämtliche Merkmale, die in Verbindung mit dem Konversionsstoff und dem Stoffgemisch offenbart sind, gelten somit auch für das Verfahren und umgekehrt.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird mit dem Verfahren ein Konversionsstoff der allgemeinen Formel RE 1 3-X RE 2 X ( Sc5- r z Al y Ga z )0i2 hergestellt, wobei RE 1 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist, RE 2 ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente ist, RE 1 und RE 2 unterschiedlich voneinander ausgewählt sind, und es gilt 0 < x < 3, 0 < y < 5, 0 < z < 5 und y + z < 5.

Weiterhin weist das Verfahren folgende Schritte auf:

- Bereitstellen eines Gemenges von Edukten, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Oxide, Nitride, Carbonate, Nitrate, Oxalate, Citrate und Hydroxide jeweils von RE 1 , RE 2 ,

Sc, Al und Ga und Kombinationen daraus umfasst,

- homogenes Vermengen der Edukte,

- Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur, die aus dem Bereich einschließlich 1200°C bis einschließlich 1900°C ausgewählt ist.

Mit diesem Verfahren kann auf einfache Weise der Konversionsstoff hergestellt werden, bei dem die gewünschte Helligkeit, Absorption und gegebenenfalls Emission eingestellt werden können.

Während des Erhitzens wird der Konversionsstoff gebildet.

Als Edukte können beispielsweise Gd 3 O 3 , CeO 3 , A1 3 O 3 , SC2O 3 und Ga 3 O 3 ausgewählt werden um einen Konversionsstoff der allgemeinen Formel Gd3- x Ce x ( Sc5- y-z Al y Ga z ) O12 herzustellen . Als Temperatur kann beispielsweise 1500 ° C gewählt werden .

Optional können zu dem Gemenge an Edukten noch ein oder mehrere Flussmittel zugegeben werden . Damit können die Korngröße und - morphologic des Konversionsstof fs sowie die Syntheseführung verbessert werden . Insbesondere können damit gezielt beispielsweise runde Körner, welcher eine geringe Streuung aufweisen, hergestellt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind in dem Gemenge von Edukten Al und/oder Ga im Überschuss vorhanden . Damit kann die Bildung von unerwünschten Nebenphasen wie beispielsweise YAIO3 oder Y4AI2O9 während der Herstellung des Konversionsstof fs vermieden werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird das Erhitzen unter Formiergasatmosphäre durchgeführt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird das Erhitzen für einen Zeitraum von 1h bis 5h, beispielsweise für 3h durchgeführt . Das Erhitzen kann weiterhin in einem Gefäß , beispielsweise einem A^Ch-Tiegel durchgeführt werden . Insbesondere kann das Gefäß während des Erhitzens mit einem Deckel verschlossen sein .

Nach dem Erhitzen kann der erhaltene Konversionsstof f zerkleinert und gemahlen werden, beispielsweise mit einer Mörsermühle .

Es wird weiterhin ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben . Das strahlungsemittierende Bauelement ist dazu eingerichtet und vorgesehen einen hier beschriebenen Konversionsstof f oder ein hier beschriebenes Stof fgemisch zu enthalten . Sämtliche in Verbindung mit dem Konversionsstof f und dem Stof fgemisch sowie dem Verfahren zur Herstellung des Konversionsstof fs of fenbarten Merkmale gelten somit auch für das strahlungsemittierende Bauelement und umgekehrt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das strahlungsemittierende Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert , und ein Konversionselement , das einen Konversionsstof f mit den oben genannten Merkmalen oder ein Stof fgemisch mit den oben genannten Merkmalen aufweist , auf , und das elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt , der von dem ersten Wellenlängenbereich teilweise verschieden ist .

Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Halbleiterchips aus und wird auch als Primärstrahlung bezeichnet .

Bei dem Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip . Das Bauelement kann somit eine Licht emittierende Diode ( LED) oder ein Laser sein . Bevorzugt weist der Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf , die dazu geeignet ist , elektromagnetische Strahlung zu erzeugen . Hierzu weist die aktive Zone beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, ein Einfachquantentopf- oder eine Mehrfachquantentopfstruktur auf .

Der Halbleiterchip kann im Betrieb elektromagnetische

Strahlung beispielsweise aus dem ultravioletten Spektralbereich und/oder aus dem sichtbaren Spektralbereich, insbesondere aus dem blauen Spektralbereich aussenden . Die Primärstrahlung weist somit beispielsweise Wellenlängen aus dem Bereich 300 nm bis 500 nm, insbesondere 430 nm bis 490 nm, auf .

Das Konversionselement ist insbesondere auf der Strahlungsaustritts fläche des Halbleiterchips angeordnet und befindet sich beispielsweise im Strahlengang des Halbleiterchips , so dass zumindest ein Teil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung auf das Konversionselement tri f ft .

Der Konversionsstof f oder das Stof fgemisch in dem Konversionselement wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs teilweise in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs um . Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Konversionsstof fs oder des Stof f gemischs aus und wird auch als Sekundärstrahlung bezeichnet .

Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ist von dem ersten Wellenlängenbereich zumindest teilweise verschieden . Der Leuchtstof f in dem Stof fgemisch oder der Konversionsstof f selbst , die in dem Konversionselement enthalten sind, verleihen dem Konversionselement wellenlängenkonvertierende Eigenschaften . Beispielsweise wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips lediglich teilweise in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um, während ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips von dem Konversionselement transmittiert wird . Das strahlungsemittierende Bauelement emittiert in diesem Fall Mischlicht , das sich aus elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und elektromagnetischer Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammensetzt . Das Mischlicht umfasst beispielsweise weißes Licht . Erfolgt eine vollständige Konversion der Primärstrahlung durch das Konversionselement und/oder findet keine Transmission von Primärstrahlung durch das Konversionselement statt , bezeichnet man das als Vollkonversion . In diesem Fall emittiert das strahlungsemittierende Bauelement die von dem Konversionselement emittierte Sekundärstrahlung .

Je nach Anteil des Konversionsstof fs in dem Stof fgemisch bzw . j e nach Anteil an RE 2 in dem Konversionsstof f ist dabei die Helligkeit der Sekundärstrahlung reduziert gegenüber einer Sekundärstrahlung, welche durch einen reinen Leuchtstof f erzeugt wird . Das Bauelement kann somit in einer Helligkeit emittieren, die an die j eweiligen Anforderungen angepasst ist . Die Form und Größe des Halbleiterchips muss dazu nicht verändert werden . Die Helligkeit kann alleine durch die Zusammensetzung des Konversionsstof fs und/oder den Anteil an Konversionsstof f in dem Stof fgemisch eingestellt werden .

Wird nur der Konversionsstof f in dem Konversionselement eingesetzt , kann dessen Absorptionsbande und Emissionsbande durch Variation des Aluminium-Gehalts angepasst werden . In dem Stof fgemisch kann der Konversionsstof f derart an die Absorptions- und Emissionsbande des Leuchtstof fs angepasst werden, dass sowohl der Farbort der Gesamtemission im Wesentlichen erhalten bleibt und auch kein Vergrauen durch zusätzliche Absorptionsbanden des Konversionsstof fs im Emissionsbereich des Leuchtstof fs entsteht . Der Konversionsstof f bzw . das Stof fgemisch können in einem Matrixmaterial eingebettet sein . Der Konversionsstof f bzw . das Stof fgemisch liegen dann in Partikel form vor . Das Matrixmaterial ist gemäß einer Aus führungs form ausgewählt aus einer Gruppe , die Polymere und Glas umfasst . Als Polymere können beispielsweise Polystyrol , Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat , Polyacrylat , Polytetrafluorethylen, Polyvinyl , Silikonharz , Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk ausgewählt werden . Als Glas können beispielsweise Silikate , Wasserglas und Quarzglas ausgewählt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Konversionselement als Konversionsschicht ausgebildet . Die Konversionsschicht kann in direktem oder in indirektem Kontakt zu dem Halbleiterchip aufgebracht sein . Im Falle eines indirekten Kontakts kann sie mit Hil fe von beispielsweise einer Klebeschicht auf den Halbleiterchip, insbesondere auf seiner Strahlungsaustritts fläche , aufgebracht sein oder zwischen Halbleiterchip und dem Konversionselement kann ein Verguss vorhanden sein .

Halbleiterchip, optional Konversionselement und gegebenenfalls Klebeschicht können gemäß einer weiteren Aus führungs form auch alle von einem Verguss umgeben sein . Beispielsweise sind Halbleiterchip, Konversionselement und gegebenenfalls eine Klebeschicht dann in der Vertiefung eines Gehäuses angeordnet , in der weiterhin der Verguss angeordnet ist .

Ein Verguss kann eine Durchlässigkeit für die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung aufweisen, die mindestens 85 % , bevorzugt 95 % beträgt . Weiterhin kann ein Verguss beispielsweise Silikon oder Epoxidharz als Material aufweisen .

Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des Leuchtstof fs , des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .

Figuren 1 und 2 zeigen j eweils eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß Aus führungsbeispielen .

Figuren 3 bis 6 zeigen Emissionsspektren von Aus führungsbeispielen und einem Vergleichsbeispiel .

Figuren 7 bis 10 zeigen Reflexionsspektren von Aus führungsbeispielen und einem Vergleichsbeispiel .

Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen 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 eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Bauelements 100 gemäß einem Aus führungsbeispiel . Das strahlungsemittierende Bauelement 100 weist einen Halbleiterchip 10 auf . Der Halbleiterchip 10 emittiert im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs ( Primärstrahlung) aus einer Strahlungsaustritts fläche 11 . Der Halbleiterchip 10 weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf , die dazu geeignet ist , elektromagnetische Strahlung zu erzeugen . Die Primärstrahlung weist beispielsweise Wellenlängen im blauen und/oder ultravioletten Bereich auf . Bei dem Halbleiterchip 10 handelt es sich insbesondere um einen LED-Chip .

Weiterhin weist das Bauelement ein Konversionselement 20 auf . Das Konversionselement 20 enthält entweder ein Matrixmaterial , in dem der Konversionsstof f 1 , insbesondere Partikel des Konversionsstof fs 1 , eingebettet ist , oder das Konversionselement 20 weist eine aus dem Konversionsstof f 1 gebildete Keramik auf oder besteht daraus . Alternativ enthält das Konversionselement 20 ein Matrixmaterial , in der das Stof fgemisch 2 , insbesondere Partikel des Stof f gemischs 2 , eingebettet ist , oder das Konversionselement 20 weist eine aus dem Stof fgemisch 2 gebildete Keramik auf oder besteht daraus .

Das Matrixmaterial ist ausgewählt aus Polymeren wie beispielsweise Polystyrol , Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat , Polyacrylat , Polytetrafluorethylen, Polyvinyl , Silikonharz , Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk, und Glas wie beispielsweise Silikate , Wasserglas und Quarzglas .

Der Konversionsstof f 1 und das Stof fgemisch 2 wandeln im Betrieb zum Teil elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ( Sekundärstrahlung) um . Bei nicht vollständiger Konversion der Primärstrahlung durch das Konversionselement sendet das Bauelement somit Mischlicht , das aus Primär- und Sekundärstrahlung zusammengesetzt ist , aus . Aufgrund des Konversionsstof fs 1 alleine oder in dem Stof fgemisch 2 wird ein Teil der absorbierten Primärstrahlung j edoch nicht in Sekundärstrahlung umgewandelt sondern es kommt zu einem Ladungstransport und einer strahlungs freien Rekombination .

Das Konversionselement 20 , das hier als Konversionsschicht ausgebildet ist , kann entweder direkt auf dem Halbeiterchip 10 aufgebracht sein, oder beispielsweise mittels einer Klebeschicht (hier nicht expli zit gezeigt ) , daran befestigt sein .

Der Halbleiterchip 10 mit dem darauf angeordneten Konversionselement 20 ist in der Ausnehmung eines Gehäuses 30 angeordnet . Das Gehäuse 30 hat zum Halbleiterchip 10 hin abgeschrägte Seitenflächen, die reflektiv ausgebildet sein können . Der Halbleiterchip 10 und das Konversionselement 20 können in dem Gehäuse 30 von einem Verguss 40 umgeben sein, wie hier gezeigt . Das Vorhandensein eines Vergusses 40 ist j edoch nicht zwingend erforderlich . Der Verguss kann beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz gebildet sein und weist eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone auf , die mindestens 85% , bevorzugt 95% beträgt .

Alternativ kann das Gehäuse 30 auch keine Seitenwände und damit keine Ausnehmung aufweisen und als Träger ausgebildet sein (hier nicht gezeigt ) .

Figur 2 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements . Für die Elemente mit gleichen Bezugs zeichen gelten die in Bezug auf Figur 1 gemachten Aus führungen . In diesem Aus führungsbeispiel ist das Konversionselement 20 nicht direkt auf dem Halbleiterchip 10 angeordnet , sondern beabstandet dazu auf der von dem Halbleiterchip 10 abgewandten Seite des Vergusses 40 . Auch hier ist das Konversionselement 20 wieder als Konversionsschicht ausgebildet .

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bauelementen handelt es sich beispielsweise um LEDs . Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren 1 und 2 zusätzlich vorhandene Elemente , wie beispielsweise elektrische Kontaktierungen, nicht gezeigt .

Im Folgenden werden die Eigenschaften des Konversionsstof fs 1 bzw . des Stof f gemischs 2 sowie das Verfahren zur Herstellung des Konversionsstof fs 1 anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert .

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Konversionsstof fs 1 werden die Aus führungsbeispiele A3 bis A12 auf Basis der allgemeinen Formel Gd 3-x Ce x ( Sc5- y-z Al y Ga z ) O12 mit unterschiedlichen Anteilen an Sc, Al und Ga sowie an Gd und Ce hergestellt . Als Edukte werden Gd2O 3 , CeC>2 , A1 2 O 3 , Sc 3 O 3 und Ga 3 O 3 dafür mit einem formalen Überschuss an Al oder Ga homogen vermengt und unter Zugabe eines oder mehrerer Flussmittel erhitzt . Das Erhitzen findet für 3h in Formiergasatmosphäre bei 1500 ° C in einem A12O 3 -Tiegel mit Deckel statt . Die erhaltenen Glühkuchen werden zerkleinert und mittels einer Mörsermühle gemahlen .

Tabelle 1 gibt die Einwaagen für die j eweiligen

Aus führungsbeispiele an :

Tabelle

Die Pulverproben werden anschließend mittels Pulverdi f fraktometer und Fluoromax untersucht . Das Pulverdi f fraktometer erlaubt die Untersuchung auf Reinheit der Proben und die Bestimmung des Gitterparameters a . Aus der Fluoromax Messung können die Quantenef fi zienz QE , die Dominanzwellenlänge Xd om der restlichen Emission sowie die Remission R an den interessanten spektralen Bereichen erhalten werden .

Zur Bestimmung der Dominanzwellenlänge der von dem Konversionsstof f ausgesandten elektromagnetischen Strahlung wird in dem CIE-Normdiagramm ausgehend vom Weißpunkt durch den Farbort der elektromagnetischen Strahlung eine gerade Linie gezogen . Der Schnittpunkt der geraden Linie mit der das CIE-Normdiagramm begrenzenden Spektral farblinie bezeichnet die Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung . Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von der Wellenlänge des Emissionsmaximums ab . Tabelle 2 zeigt die spektralen Daten und den Gitterparameter a der Aus führungsbeispiele A3 bis A12 sowie des Vergleichsbeispiels V (YAG : Ce ) :

Tabelle 2

Aus den gemessenen Gitterparametern a ist zu erkennen, dass sich das Kristallgitter wie erwartet , durch das Einfügen der größeren Ionen aufweitet im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel V mit einem Gitterparameter von 12 , 01 Ä. Dadurch ist es möglich, den Gehalt an Aktivatorelement Ce 3+ in dem Konversionsstof f 1 zu erhöhen .

Aus den spektralen Daten ist zu erkennen, dass die Quantenef fi zienz QE durch den hohen Ce-Anteil deutlich erniedrigt wird . Die Aluminium- freien Proben (A8 bis A12 ) weisen dabei die geringsten Quantenef fi zienzen auf , insbesondere die Proben bei denen der Al-Überschuss durch einen Ga-Überschuss ausgetauscht wurde (A10 bis A12 ) .

In den Figuren 3 bis 6 sind die Emissionsspektren der Aus führungsbeispiele A3 bis A12 im Vergleich zu der Referenz YAG:Ce dargestellt. Aufgetragen ist jeweils die Wellenlänge X in nm gegen die relative Intensität I/I max - Figur 3 zeigt das Spektrum des Beispiels A3, Figur 4 zeigt die Spektren der Beispiele A4 bis A6, Figur 5 zeigt die Spektren der Beispiele A7 bis A9 und Figur 6 zeigt die Spektren der Beispiele A10 bis A12. Die Spektren in den Figuren 3 bis 6 sind jeweils gemeinsam mit dem Spektrum des Vergleichsbeispiels YAG:Ce gezeigt (gekennzeichnet mit V) .

Anhand sämtlicher Emissionsspektren der Ausführungsbeispiele im Vergleich zu YAG:Ce ist zu erkennen, dass die Ausführungsbeispiele ein Emissionsmaximum aufweisen, welches sich von dem Vergleichsbeispiel kaum unterscheidet. Damit können die Konversionsstoffe gemäß den Ausführungsbeispielen auch gut in einem Stoffgemisch mit dem Vergleichsbeispiel verwendet werden, um bei gleichbleibendem Farbort eine reduzierte Helligkeit zu erzeugen. Aufgrund der vorhandenen Emission der Ausführungsbeispiele können sie aber auch ohne Leuchtstoff in dem Konversionselement 20 eingesetzt werden, um ein Bauelement mit reduzierter Helligkeit bereitzustellen.

Die Figuren 7 bis 10 zeigen Reflexionsspektren des Ausführungsbeispiels A3 (Figur 7) , der Ausführungsbeispiele A4 bis A6 (Figur 8) , der Ausführungsbeispiele A7 bis A9

(Figur 9) und der Ausführungsbeispiele A10 bis A12 (Figur 10) jeweils im Vergleich zum Vergleichsbeispiel YAG:Ce (gekennzeichnet mit V) . Aufgetragen ist jeweils die Wellenlänge X in nm gegen die Reflexion R in % .

Gekennzeichnet in den Spektren ist der Bereich der Emission des LED-Chips zwischen 450 und 470 nm.

Insgesamt weisen alle Proben im Bereich der Emission der blauen LED, also bei Wellenlängen von 450 bis 470 nm, eine niedrige Remission R m in450-470nm auf , was bedeutet , dass diese Proben das blaue Licht stark absorbieren . Die beobachtbaren geringen Unterschiede der R m in450-470nm zwischen diesen Proben lassen sich hauptsächlich auf eine unterschiedliche Korngrößenverteilung und Kornmorphologie und somit einem geänderten Streuverhalten zurückführen .

Die unterschiedlichen Remissionen R m in68o-7oonm im Wellenlängenbereich 680 nm bis 700 nm geben an, wie stark der Konversionsstof f vergraut ist . Die Unterschiede zwischen den hergestellten Proben lassen sich auf unterschiedliche starke Reaktionen zwischen Konversionsstof f und Tiegelmaterial während des Erhitzens zurückführen . Die Kontakt fläche war bei diesen Aus führungsbeispielen verhältnismäßig groß , da die j eweils hergestellte Probenmenge mit 75g gering war . Aus der allgemeinen Granatsyntheseerf ahrung ist es möglich, dieses Problem bei der Herstellung in Fertigungsgröße zu vermeiden, so dass ein Vergrauen weitestgehend vermieden wird .

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede 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 102022126560.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugszeichenliste

1 Konversionsstoff

2 Stoffgemisch

10 Halbleiterchip

11 Strahlungsaustrittsfläche

20 Konversionselement

30 Gehäuse

40 Verguss

100 Strahlungsemittierendes Bauelement

A3 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A4 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A5 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A6 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A7 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A8 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A9 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A10 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

All Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

A12 Konversionsstoff gemäß Ausführungsbeispiel

V Vergleichsbeispiel

R Reflexion

X Wellenlänge

I/Imax Relative Intensität