DE60035856T2 - Lichtemittierende diodenvorrichtung mit einem phosphoreszierenden substrat - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leuchtdioden-(LED)-Anordnungen und im Besonderen auf eine LED-Anordnung mit einem Lumineszenzkonversionssubstrat, welches einen Teil des von einer Licht emittierenden Struktur der LED emittierten Primärlichts in eine oder mehrere andere Lichtwellenlängen umwandelt, die sich zur Erzeugung von weißem Licht mit nicht umgewandeltem Primärlicht verbinden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Mit der Entwicklung von leistungsfähigen LEDs, die blaues oder ultraviolettes (UV-) Licht emittieren, wurde es möglich, LEDs herzustellen, welche durch Lumineszenzkonversion eines Teils der Primäremission der LED in längere Wellenlängen weißes Licht erzeugen. Eine Umwandlung eines Teils der Primäremission der LED in längere Wellenlängen wird im Allgemeinen als ,Down Conversion' der Primäremission bezeichnet. Ein nicht umgewandelter Teil der Primäremission verbindet sich mit dem Licht längerer Wellenlänge, um weißes Licht zu erzeugen. LEDs, die weißes Licht erzeugen, sind zu Signalisierungs- und Beleuchtungszwecken nutzbar.
  • Zurzeit wird eine vom Stand der Technik her bekannte Lumineszenzkonversion eines Teils der Primäremission der LED erreicht, indem Phosphor in ein Epoxidharz gegegeben wird, welches zur Befestigung der LED an einer Reflektorschale, welche die LED in der LED-Lampe aufnimmt, verwendet wird. Der Phosphor liegt in Form eines Pulvers vor, welches dem Epoxidharz vor Härten des Epoxidharzes beigemischt wird. Der das Phosphorpulver enthaltende, ungehärtete Epoxidharzschlamm wird dann auf die LED aufgebracht und anschließend gehärtet.
  • Die Phosphorteilchen in dem gehärteten Epoxidharz sind im Allgemeinen zufallsorientiert und mit dem Epoxidharz vermischt. Ein Teil des von der LED emittierten Primärlichts passiert das Epoxidharz, ohne dabei auf die Phosphorteilchen aufzutreffen, während ein Teil des von der LED emittierten Primärlichts auf die Phosphorteilchen auftrifft, wodurch bewirkt wird, dass die Phosphorteilchen gelbes Licht emittieren. Durch die Kombination aus dem blauen Primärlicht und dem phosphoremittierten, gelben Licht wird weißes Licht erzeugt.
  • Ein Nachteil bei der Verwendung des die Phosphorteilchen enthaltenden Epoxidharzes liegt darin, dass es schwierig, wenn nicht unmöglich, ist, eine Gleichmäßigkeit des von der LED emittierten, weißen Lichts zu erreichen. Diese Ungleichmäßigkeit wird durch Ungleichmäßigkeit der Größen der dem Epoxidharzbrei (-Slurry) beigemischten Phosphorteilchen hervorgerufen. Derzeit sind Phosphorpulver mit gleichmäßigen Phosphorteilchengrößen im Allgemeinen nicht erhältlich. Wird das Phosphorpulver dem Epoxidharzbrei (-Slurry) beigemischt, sinken die größeren Phosphorteilchen schneller als die kleineren Phosphorteilchen. Diese Ungleichmäßigkeit der räumlichen Verteilung der Phosphorteilchen besteht in dem Epoxidharz, sobald dieses gehärtet wurde.
  • Daher ist es auf Grund der Ungleichmäßigkeit der Größen der Phosphorteilchen sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, eine gleichmäßige Verteilung der Phosphorteilchen in dem Epoxidharz vorzusehen. Diese Unfähigkeit, die Größen der Phosphorteilchen und ihre Positionen in dem Epoxidharz zu steuern, resultiert in Schwierigkeiten bei der Herstellung von LED-Lampen, welche weißes Licht gleichmäßig emittieren. Daher kann die Qualität des von LED-Lampen erzeugten, weißen Lichts von Lampe zu Lampe und selbst bei einem von einem bestimmten Hersteller gefertigten, bestimmten Modell variieren.
  • Es wurde versucht, die Nachteile bei der Verwendung von mit Phosphorpulver gemischten Epoxidharzen zu beheben, indem lumineszierende, organische Farbschichten auf eine die LED umschließende Linse aufgebracht werden. Der Farbstoff wird an einer bestimmten Stelle sorgfältig auf der Linse positioniert, so dass er das gesamte, auf diese auftreffende Primärlicht absorbiert und das Primärlicht in Licht längerer Wellenlänge umwandelt. Ein Teil des emittierten Primärlichts wird durch die Linse hindurch geleitet, ohne dass es auf den Farbstoff auftrifft. Das Primärlicht, welches nicht auf den Farbstoff auftrifft, verbindet sich dann zur Erzeugung von weißem Licht mit dem Licht längerer Wellenlänge. Da der Farbstoff das auf diesen auftreffende Primärlicht vollständig absorbiert, wird davon ausgegangen, dass eine Schwankung in dem Teil des Primärlichts, der mit dem Licht längerer Wellenlänge zusammengefasst wird, ausgeschlossen ist.
  • Dieser zuletzt genannte Lösungsweg hat jedoch ebenfalls mehrere Nachteile. Das Aufbringen des Farbstoffes auf die Linse ist Herstellungsunsicherheiten unterworfen, welche in Schwankungen des erzeugten, weißen Lichts resultieren können. Auch sind Farbstoffe, die über längere Zeiträume stabil sind, im Allgemeinen nicht verfügbar. Infolgedessen erfolgte kein weit verbreiteter Einsatz von Lumineszenzkonversionsfarbstoffen.
  • Daher besteht die Notwendigkeit, eine LED-Anordnung vorzusehen, bei welcher eine Lumineszenzkonversion vorgenommen wird und die zuvor erwähnten Probleme und Nachteile behoben sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine LED-Anordnung mit einem Substrat zur Lumineszenzkonversion vor, wobei von der LED emittiertes Primärlicht, welches entweder blau oder ultraviolett ist, in eine oder mehrere Lichtwellenlängen umgewandelt wird, die sich dann zur Erzeugung von weißem Licht mit nicht umgewandeltem Primärlicht verbinden. Das Substrat ist ein Phosphor in einkristalliner Form mit gewünschten, lumineszierenden Eigenschaften. Der Phosphor in einkristalliner Form weist die erforderliche Gitterstruktur auf, um einkristallines Wachstum der Licht emittierenden Struktur der LED-Anordnung zu fördern. Darüber hinaus sind die thermomechanischen Eigenschaften des Substrats so, dass das Auftreten von übermäßiger Spannung oder Rissen in den Epitaxialschichten der LED-Anordnung verhindert wird. Die Dotierungskonzentration und Dicke des Substrats können präzise gesteuert und vor Herstellung der LED-Anordnung geprüft werden, wodurch der Teil des Primärlichts, welcher das Substrat passiert, ohne umgewandelt zu werden, vorausberechnet und gesteuert werden kann. Ebenso ist der Teil des Primärlichts, der von dem Substrat in eine oder mehrere andere Wellenlängen umgewandelt wird, vorausberechenbar und steuerbar. Durch eine präzise Steuerung dieser Teile können Lumineszenzkonversions-LED-Anordnungen vorgesehen werden, welche gleichmäßiges, weißes Licht hoher Qualität erzeugen.
  • EP-A-0 977 278 und EP-A-0 971 421 offenbaren beide eine Leuchtdiodenanordnung, die mit einer Licht emittierenden Struktur und einem durch einen Einkristall gebildeten, lichtdurchlässigen Substrat ausgestattet ist. Diese Schriften bilden gegenüber der in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Erfindung den Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ. Diese Schriften offenbaren jedoch nicht die Zusammensetzungen des in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Substrats. JP 10 056203 A offenbart eine mit einer Licht emittierenden Struktur und einem lichtdurchlässigen Substrat ausgestattete Leuchtdiodenanordnung. Bei Betrieb erzeugt die Licht emittierende Struktur UV-Licht, welches durch das Substrat in sichtbares Licht umgewandelt wird.
  • Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Substrat als ein Phosphor in einkristalliner Form vorgesehen. Das Substrat ist vorzugsweise eine einkristalline, Cerium dotierte, Yttriumaluminiumgranat-(Y3Al5O12:Ce3 +)-Verbindung, ebenfalls als YAG:Ce bezeichnet. Das Substrat strahlt in Reaktion auf den Empfang von Primärlicht, welches von der Licht emittierenden Struktur der LED erzeugt wird, gelbes Licht aus. Ein Teil des von der Licht emittierenden Struktur der LED erzeugten Primärlichts passiert das Substrat und bleibt unumgewandelt. Das unumgewandelte Primärlicht, bei dem es sich um blaues Licht handelt, verbindet sich dann mit dem gelben Licht, um weißes Licht zu erzeugen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wandelt das Substrat lediglich einen Teil des von der Licht emittierenden Struktur der LED emittierten Primärlichts in hellgelbes Licht um. Das gelbe Licht verbindet sich dann mit dem unumgewandelten, blauen Primärlicht, um weißes Licht zu erzeugen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Substrat zwischen der Licht emittierenden Struktur und einer reflektiven Oberfläche angeordnet. Das Substrat absorbiert das gesamte, sich in das Substrat ausbreitende Primärlicht und wandelt dieses in gelbes Licht um. Das gelbe Licht wird von der reflektiven Oberfläche zu der Licht emittierenden Struktur hin reflektiert. Das gelbe Licht passiert die Licht emittierende Struktur und verbindet sich mit dem von der Licht emittierenden Struktur emittierten Primärlicht in einer von dem Substrat entfernten Richtung, um weißes Licht zu erzeugen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie Variationen derselben sind aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 – eine perspektivische Ansicht der Leuchtdiodenanordnung der vorliegenden Erfindung mit einem Lumineszenzkonversionssubstrat;
  • 2 – eine Seitenansicht der Leuchtdiodenanordnung der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei das Substrat als Phosphor in einkristalliner Form ausgeführt ist, welches lediglich einen Teil der von der Licht emittierenden Struktur der Leuchtdiodenanordnung emittierten Primärstrahlung absorbiert;
  • 3 – eine Seitenansicht der Leuchtdiodenanordnung der vorliegenden Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei das Substrat, welches im Wesentlichen die gesamte, von der Licht emittierenden Struktur der Leuchtdiodenanordnung emittierte Primärstrahlung absorbiert, als Phosphor in einkristalliner Form ausgeführt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Licht emittierenden Diode (LED) 1, welche sich dazu eignet, ein Lumineszenzkonversionssubstrat der vorliegenden Erfindung zu umfassen. Es sei jedoch erwähnt, dass die LED der vorliegenden Erfindung nicht auf eine bestimmte LED beschränkt ist. Es liegt für Fachkundige auf der Hand, dass auf dem Markt viele verschiedene LEDs zur Verfügung stehen, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
  • Die LED 1 kann zum Beispiel eine Licht emittierende Struktur 2 umfassen, welche zwei n-GaN-Schichten 3 und 4, eine SQW- oder MQW-GaInN-Schicht 5, eine p-AlGaN-Schicht 6 und eine p-GaN-Schicht 7 aufweist. Die Licht emittierende Struktur 2 umfasst ebenfalls eine n-Elektroden-Bondkontaktstelle 8, eine n-Elektrode 3, eine p-Elektroden-Bondkontaktstelle 11 sowie eine p-Elektrode 12. Die n-Elektrode 3 setzt sich aus GaN zusammen, und die p-Elektrode 12 ist, wie unten näher erörtert, entweder transmissiv oder reflektiv. Vorzugsweise ist die p-Elektrode reflektiv, und das von der Licht emittierenden Struktur emittierte Licht breitet sich nach unten und in das Substrat 10 aus. Die Elektroden-Bondkontaktstellen 8 und 11 liefern bei Anschluss an eine Stromversorgung (nicht dargestellt) den Vorspannungsstrom, um zu bewirken, dass die LED 1 Licht emittiert.
  • Die Licht emittierende Struktur 2 ist auf einem Substrat 10 angeordnet, bei dem es sich um Phosphor in einkristalliner Form handelt. Es sei erwähnt, dass die zur Erzeugung der Licht emittierenden Diode 1 verwendeten Materialien nicht auf die oben unter Bezugnahme auf 1 erörterten Materialien beschränkt sind. Für Fachkundige versteht es sich von selbst, dass die Licht emittierende Diode 1 sich aus verschiedenen Arten von Materialien zusammensetzen kann. Wie oben angegeben, ist die Licht emittierende Diode 1 nicht auf einen bestimmten Leuchtdiodentyp beschränkt, mit der Ausnahme, dass die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte Leuchtdiodenanordnung ein Primärlicht emittiert, welches, wie unten näher erörtert, blau oder ultraviolett ist. Es liegt für Fachkundige auf der Hand, dass verschiedene Licht emittierende Dioden bekannt sind, die für diesen Zweck geeignet sind. Zum Beispiel sind Einfach-Quantentopf- und Mehrfach-Quantentopf-Leuchtdioden für diesen Zweck geeignet.
  • Die die blaue Primäremission erzeugende, Licht emittierende Struktur 2 wird auf das als Phosphor in einkristalliner Form vorgesehene Substrat 10 vorzugsweise epitaxial aufgewachst. Das Substrat 10 ist vorzugsweise eine einkristalline, Cerium dotierte, Yttriumaluminiumgranat-(Y3Al5O12:Ce3 +)-Verbindung. Die Yttriumaluminiumgranat-Verbindung wird im Allgemeinen als „YAG" bezeichnet. Substrate wie z.B. Siliciumcarbid (SiC) und eine Form von Aluminiumoxid (Al2O3), bekannt als Saphir, werden typischerweise in LED-Anordnungen eingesetzt, da diese wünschenswerte thermische, mechanische und kristalline Struktureigenschaften aufweisen. Obgleich Aluminiumoxid die thermischen, mechanischen und kristallinen Struktureigenschaften besitzt, die für ein geeignetes Substrat erforderlich sind, ist die Gitterstruktur dieser Verbindung zu dicht, um einen Einbau von Seltenerdionen in Konzentrationen zu ermöglichen, welche ausreichen, um eine Lumineszenzkonversion zu realisieren.
  • Es versteht sich von selbst, dass das in einer LED-Anordnung verwendete Substrat der kristallinen Struktur der n-Elektrode genau entsprechen muss. Wie oben angegeben, besteht die n-Elektrode 3 der LED-Anordnung 1 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise aus GaN. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch Forschen und Experimentieren festgestellt, dass eine einkristalline YAG-Verbindung eine kristalline Struktur aufweist, die der kristallinen Struktur von GaN in ausreichendem Maße entspricht, so dass diese zur Verwendung als Substrat der LED-Anordnung 1 geeignet ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch Forschen und Experimentieren ermittelt, dass eine einkristalline YAG-Verbindung ebenfalls die thermischen, mechanischen und kristallinen Struktureigenschaften besitzt, welche diese zum Einsatz als Substrat einer LED-Anordnung geeignet machen. Da es bekannt ist, dass YAG mit Cerium dotiert werden kann, um einen gelbes Licht emittierenden Phosphor zu erzeugen, wurde gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass eine einkristalline, Cerium dotierte YAG-Verbindung dem zweifachen Zweck, alle erforderlichen Funktionen eines Substrats einer LED-Anordnung vorzusehen sowie Lumineszenzkonversions-Emissionen zu erzeugen, dienen kann.
  • Das Substratmaterial kann sich ebenfalls aus anderen Materialien zusammensetzen. Zum Beispiel könnte es sich bei dem Substratmaterial um (Y,Al) Oxide handeln, die keine Granatstrukturen aufweisen, für welche das „G" in „YAG" steht. Zum Beispiel könnte das Material monoklines YAIO und YAIO-Perowskit sein. Mehrere, Y zum Teil ersetzende Lathanide (Ln), wie z.B. (Y,Ln)AlO, (Y,Ln)(Al,Ga)O, wobei Ln ein Seltenerdion darstellt, sind für diesen Zweck ebenfalls geeignet. Das Lanthanoid könnte Lutetium, Lu, sein, welches für die Förderung guter Lumineszenzeigenschaften bekannt ist. Es sei ebenfalls erwähnt, dass zur Dotierung des Substratmaterials verschiedene Dotierungsstoffe, einschließlich Einfachdotierungsstoffe, wie z.B. Ce, Pr, Ho, Yb; Eu2+, sowie Zweifachdotierungsstoffe, wie z.B. (Ce,Pr), (Ce,Ho) und (Eu,Pr), eingesetzt werden könnten.
  • Ein weiteres Beispiel eines einkristallinen Substrats, welches sich für diesen Zweck eignet, ist eine einkristalline, Holmium dotierte Yttriumaluminiumgranat-(Y3Al5O12:Ho3 +)-Verbindung. Ein anderes Beispiel eines einkristallinen Substrats, welches für diesen Zweck geeignet ist, ist eine einkristalline Praseodymium dotierte Yttriumaluminiumgranat-(Y3Al5O12:Pr3 +)-Verbindung. Es liegt jedoch für Fachkundige auf der Hand, dass die vorliegende Erfindung für diesen Zweck nicht auf eine bestimmte Phosphorart beschränkt ist. Für sie versteht es sich von selbst, dass es mehrere verschiedene Phosphorarten gibt, die sich für diesen Zweck eignen.
  • Das Substrat 10 strahlt in Reaktion auf den Empfang von Primärlicht, welches von der Licht emittierenden Struktur 2 der LED erzeugt wird und bei dem es sich um blaues Licht handelt, gelbes Licht aus. Ein Teil des von der Licht emittierenden Struktur 2 der LED erzeugten Primärlichts passiert das Substrat 10 und bleibt unumgewandelt. Das Primärlicht ist in 2 durch Pfeil 22 dargestellt. Das gelbe Licht ist in 2 durch Pfeil 23 dargestellt. Das unumgewandelte Primärlicht verbindet sich dann mit dem gelben Licht, um Licht zu erzeugen, welches sehr nah an Weiß herankommt. Selbstverständlich handelt es sich hier nicht um tatsächlich weißes Licht, da das resultierende Licht keine roten und grünen Komponenten enthält. Jedoch kommt das erzeugte Licht so nah an Weiß heran, dass die Tatsache, dass das Licht nicht wirklich weiß ist, für das menschliche Auge visuell nicht wahrnehmbar ist. Daher wird, obgleich auf der Hand liegt, dass das erzeugte Licht in einigen Fällen kein tatsächlich reines, weißes Licht ist, das von der LED-Anordnung 1 der vorliegenden Erfindung emittierte Licht im Folgenden als weißes Licht bezeichnet.
  • Die Charakteristiken des Substrats 10 können präzise gesteuert werden, so dass der Teil des Primärlichts, der durch das Substrat 10 ohne Umwandlung hindurch geht, voraussagbar und steuerbar ist. Die Charakteristiken des Substrats 10 werden durch genaue Steuerung der Dotierung des YAGs mit Seltenerdionen, wie z.B. Ceriumionen, präzise gesteuert. Die Art und Weise, auf welche das YAG aufgebracht und mit Seltenerdionen dotiert werden kann, um diese Ziele der Voraussagbarkeit und Steuerbarkeit zu erreichen, liegt für Fachkundige auf der Hand. Durch präzise Steuerung der Charakteristiken des Substrats 10 ist der Teil des Primärlichts, welcher von dem Substrat 10 in gelbes Licht umgewandelt wird, voraussagbar und steuerbar. Durch genaue Steuerung dieses Teils können Schwankungen der Qualität des erzeugten, weißen Lichts minimiert oder eliminiert werden.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht der LED-Anordnung der vorliegenden Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie oben unter Bezugnahme auf 1 angegeben, weist die LED-Anordnung 20 ein Substrat 10 und eine Licht emittierende Struktur 2 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine reflektive Elektrode 21 auf der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur 2 gegenüber der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur 2, welche sich in Kontakt mit dem Substrat 10 befindet, angeordnet. Die reflektive Elektrode 21 entspricht der in 1 dargestellten Elektrode 12. Um die Darstellung zu vereinfachen, wurde auf die weiteren Komponenten der Licht emittierenden Struktur 2 in 2 verzichtet.
  • Von der Licht emittierenden Struktur 2 emittiertes Primärlicht kann teilweise auf die reflektive Elektrode 21 auftreffen, die das Primärlicht durch die Licht emittierende Struktur 2 und durch das Substrat 10 zurückwirft. Ein Teil des Primärlichts, der sich in das Substrat ausbreitet, wird von dem Substrat 10 in gelbes Licht umgewandelt. Ein Teil des Primärlichts, welcher sich in das Substrat 10 ausbreitet, wird nicht in gelbes Licht umgewandelt. Das von dem Substrat 10 emittierte Licht verbindet sich mit dem nicht umgewandelten Primärlicht, um weißes Licht zu erzeugen. Der Einsatz einer reflektiven Elektrode verbessert die Effizienz der LED-Anordnung 20, indem sichergestellt wird, dass die Menge des in das Substrat 10 eintretenden Primärlichts maximiert wird.
  • Es sei erwähnt, dass das Primärlicht Licht mit mehr als einer Wellenlänge umfassen kann. Ebenso kann das Licht, welches in Reaktion auf die Anregung durch das Primärlicht emittiert wird, Licht mit mehr als einer Wellenlänge umfassen. Zum Beispiel kann das von dem Substrat 10 emittierte, gelbe Licht mehrere, einen Spektralbereich bildende Wellenlängen aufweisen. Wellenlängen beider dieser Spektralbereiche können sich dann mit dem nicht umgewandelten Primärlicht verbinden, um weißes Licht zu erzeugen. Obgleich einzelne Wellenlängen hier zur Erläuterung der Konzepte der vorliegenden Erfindung erörtert worden sind, versteht es sich daher von selbst, dass die hier erörterte Anregung in der Aussendung mehrerer Wellenlängen oder eines Spektralbereichs resultieren kann. Wellenlängen der Spektralbereiche können sich dann zur Erzeugung von weißem Licht verbinden. Der Begriff „Spektralbereich" soll daher ein Gebiet von mindestens einer Wellenlänge und möglicherweise vielen Wellenlängen und der Begriff „Wellenlänge" die Wellenlänge der maximalen Intensität eines Spektralbereichs kennzeichnen.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht der LED-Anordnung 30 der vorliegenden Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine reflektive Oberfläche 32 auf der Oberfläche des Substrats 10 gegenüber der Licht emittierenden Struktur 2 angeordnet. Das von der Licht emittierenden Struktur 2 emittierte Primärlicht breitet sich in das Substrat 10 aus. Der Pfeil 33 stellt das Primärlicht dar, welches blaues Licht ist und sich in das Substrat 10 ausbreitet. Das gesamte Primärlicht wird von dem Substrat 10 in gelbes Licht umgewandelt. Das gelbe Licht ist durch Pfeil 34 dargestellt. Das gelbe Licht wird von der reflektiven Oberfläche 32 in einer Richtung von der reflektiven Oberfläche 32 entfernt zu der Licht emittierenden Struktur 2 hin reflektiert. Das reflektierte, gelbe Licht ist durch Pfeile 35 dargestellt. Das reflektierte, gelbe Licht geht durch die Licht emittierende Struktur 2 hindurch und verbindet sich mit dem von der Licht emittierenden Struktur 2 emittierten, blauen Licht in einer Richtung von dem Substrat 10 entfernt, um weißes Licht zu erzeugen.
  • Es liegt für Fachkundige auf der Hand, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hier erörterten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es versteht sich für Fachkundige von selbst, dass bei den hier erörterten Ausführungsbeispielen Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfangsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Inschrift der Zeichnung
  • 1
    • WHITE LIGHT – WEISSES LICHT
  • 2
    • BLUE LIGHT – BLAUES LICHT
    • YELLOW LIGHT – GELBES LICHT
    • WHITE LIGHT – WEISSES LICHT
  • 3
    • WHITE LIGHT – WEISSES LICHT
    • YELLOW LIGHT – GELBES LICHT
    • BLUE LIGHT – BLAUES LICHT

Claims (11)

  1. Leuchtdiodenanordnung (1) zur Erzeugung von weißem Licht, wobei die Leuchtdiodenanordnung aufweist: – eine Licht emittierende Struktur (2), wobei die Licht emittierende Struktur bei Ansteuerung Primärstrahlung bestimmter Wellenlänge emittiert, sowie – ein lichtdurchlässiges Substrat (10), wobei sich zumindest ein Teil der von der Licht emittierenden Struktur emittierten Primärstrahlung in das Substrat ausbreitet, wobei das Substrat so dotiert ist, dass zumindest ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen umgewandelt wird, und wobei ein Teil der von der Licht emittierenden Struktur emittierten Primärstrahlung nicht in die Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen umgewandelt wird, und wobei der nicht umgewandelte Teil der Primärstrahlung sich mit der Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen verbindet, um weißes Licht zu erzeugen, wobei die Licht emittierende Struktur auf das Substrat (10) aufgebracht wird und das Substrat eine einkristalline Verbindung mit der erforderlichen Gitterstruktur enthält, um einkristallines Wachstum der Licht emittierenden Struktur zu fördern, wobei die einkristalline Verbindung aus der Gruppe ausgewählt wird, welche gebildet wird durch – dotierten Yttriumaluminiumgranat (Y3Al5O12), wobei die Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen gelbes Licht ist, – Siliciumcarbid, welches so dotiert ist, dass ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in rotes Licht und ein Teil der Primärstrahlung in grünes Licht umgewandelt wird, sowie – Aluminiumoxid (Al2O3), welches so dotiert ist, dass ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in rotes Licht und ein Teil der Primärstrahlung in grünes Licht umgewandelt wird.
  2. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist: – eine reflektive Oberfläche (32), wobei das lichtdurchlässige Substrat zwischen der Licht emittierenden Struktur und der reflektiven Oberfläche angeordnet ist, wobei im Wesentlichen die gesamte, sich in das Substrat ausbreitende Primärstrahlung in die Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen umgewandelt wird, und wobei der nicht umgewandelte Teil der Primärstrahlung der von der Licht emittierenden Struktur emittierten Primärstrahlung in einer Richtung von dem Substrat entfernt entspricht, wobei die reflektive Oberfläche die Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen durch das Substrat und die Licht emittierende Struktur reflektiert, wobei sich die reflektierte Strahlung und die nicht umgewandelte Primärstrahlung verbinden, um weißes Licht zu erzeugen.
  3. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist: – eine reflektive Elektrode (21), welche auf der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur angeordnet ist, die gegenüber der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur liegt, welche sich in Kontakt mit dem Substrat befindet, wobei eine von der Licht emittierenden Struktur emittierte Primärstrahlung, die auf die reflektive Elektrode auftrifft, von der reflektiven Elektrode zu der Licht emittierenden Struktur hin so reflektiert wird, dass die reflektierte Strahlung auf das Substrat gerichtet ist.
  4. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus einer einkristallinen, dotierten Yttriumaluminiumgranat-(Y3Al5O12)-Verbindung besteht, und wobei die Strahlung einer oder mehrerer anderer Wellenlängen gelbes Licht ist, und wobei sich das gelbe Licht mit der nicht umgewandelten Strahlung verbindet, um weißes Licht zu erzeugen, und wobei die Primärstrahlung blaues Licht ist.
  5. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 4, wobei die einkristalline Yttriumaluminiumgranat-Verbindung mit Cerium dotiert wird, um eine, chemisch als Y3Al5O12:Ce3+ definierte Verbindung herzustellen.
  6. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 4, wobei die einkristalline Yttriumaluminiumgranat-Verbindung mit Holmium dotiert wird, um eine, chemisch als Y3Al5O12:Ho3+ definierte Verbindung herzustellen.
  7. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 4, wobei die einkristalline Yttriumaluminiumgranat-Verbindung mit Praseodymium dotiert wird, um eine, chemisch als Y3Al5O12:Pr3+ definierte Verbindung herzustellen.
  8. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus Siliciumcarbid besteht, und wobei das Siliciumcarbidsubstrat so dotiert wird, dass ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in rotes Licht und ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in grünes Licht umgewandelt wird, wobei sich das rote Licht und das grüne Licht mit der nicht umgewandelten Primärstrahlung verbinden, um weißes Licht zu erzeugen, und wobei die Primärstrahlung blaues Licht ist.
  9. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 8, welche weiterhin aufweist: – eine reflektive Elektrode (21), welche auf der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur angeordnet ist, die gegenüber der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur liegt, welche sich in Kontakt mit dem Substrat befindet, und wobei von der Licht emittierenden Struktur emittierte Primärstrahlung, die auf die reflektive Elektrode auftrifft, von der reflektiven Elektrode zu der Licht emittierenden Struktur hin so reflektiert wird, dass die reflektierte Strahlung auf das Substrat gerichtet ist.
  10. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht, und wobei das Aluminiumoxid so dotiert wird, dass ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in rotes Licht und ein Teil der sich in das Substrat ausbreitenden Primärstrahlung in grünes Licht umgewandelt wird, wobei sich das rote Licht und das grüne Licht mit der nicht umgewandelten Primärstrahlung verbinden, um weißes Licht zu erzeugen, und wobei die Primärstrahlung blaues Licht ist.
  11. Leuchtdiodenanordnung nach Anspruch 10, welche weiterhin aufweist: – eine reflektive Elektrode (21), welche auf der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur angeordnet ist, die gegenüber der Oberfläche der Licht emittierenden Struktur liegt, welche sich in Kontakt mit dem Substrat befindet, wobei von der Licht emittierenden Struktur emittierte Primärstrahlung, die auf die reflektive Elektrode auftrifft, von der reflektiven Elektrode zu der Licht emittierenden Struktur hin so reflektiert wird, dass die reflektierte Strahlung auf das Substrat gerichtet ist.
DE60035856T 1999-09-27 2000-09-26 Lichtemittierende diodenvorrichtung mit einem phosphoreszierenden substrat Expired - Lifetime DE60035856T2 (de)

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US407231 1982-08-11
US09/407,231 US6630691B1 (en) 1999-09-27 1999-09-27 Light emitting diode device comprising a luminescent substrate that performs phosphor conversion
PCT/US2000/026507 WO2001024285A1 (en) 1999-09-27 2000-09-26 A light emitting diode device comprising a luminescent substrate that performs phosphor conversion

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