CN101681908A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光装置(40)，该发光装置具有标准的连接灯头(42)和由透光材料制成的、限定一内腔(52)的遮盖物(50)。在至少两根馈电线(44a、44b)的接触区域(48a、48b)之间触点接通一发光芯片单元(10、110)，所述发光芯片单元包括至少一个半导体结构(14、114)。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的发光装置。
背景技术
这种发光装置广泛地应用在多种应用领域中，并且特征在于具有适用于各应用领域的连接灯头(Anschluβsockel)，所述连接灯头可与相应的灯座/管座(Fassung)协同工作。
在馈电线的接触区域之间，通常触点接通/接触一发光元件例如螺旋灯丝。
这种发光装置通常具有以下缺点，即这种类型的发光装置虽然有时购买成本很高但仅具有相对较短的使用寿命，因为所述发光元件容易损坏，并且在例如1000工作小时后已经不再能起作用。
发明内容
本发明的目的在于，创造一种提高了使用寿命的开头所述类型的发光装置。
这在开头所述类型的发光装置中如此实现，使得馈电线的接触区域触点接通发光芯片单元/布置，所述发光芯片单元包括至少一个发光半导体结构。
考虑将具有pn结的半导体晶体作为发光半导体结构，所述半导体晶体在施加有电压时发射光。这种半导体晶体的特征在于既具有高的能量输出又具有长的使用寿命。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。
通过根据权利要求2所述的措施，通过馈电线除了为发光芯片单元供给电压之外，还可确保从在施加有电压的情况下发热的发光芯片单元中将热散出。
如果馈电线与发光单元如在权利要求3中所述的那样触点接通，则能有利地应用已知的触点接通方法。
可选地，形成如在权利要求4中所述的触点接通是有利的，以避免发光芯片单元上的较高的温度应力。
发光装置的较高的光功率可有利地通过根据权利要求5或权利要求6所述的措施来获得。
如果多个半导体结构结合在一个发光芯片单元中，则当所述多个半导体结构根据权利要求7彼此导电连接时，是有利的。这种连接比借助如其在半导体结构中通常常见的接合(丝)(Bonden)而形成的连接更稳定。
权利要求8带来了这样的优点，即虽然所述连接必须克服芯片上的高度差，但气相处理/气相沉积的连接部具有均匀的厚度。
如果发光芯片单元如在权利要求9中所述的那样设计，则光辐射可在基本全部空间方向上实现。
根据权利要求9所述的本发明的改进方案的优点在于，可获得较高的光量，并且同时发光装置的工作电压可达到标准电压源如蓄电池、电源单元/线路段和标准电网导线所能提供的较高的范围。
根据权利要求10，发光装置的工作电压可适配于公用电压源的输出电压。
根据权利要求11所述的发光装置向前和向后发射光。
用于载体基板/载体基片的有利的材料在权利要求12中给出。
通过根据权利要求13给出的措施实现了，通过发光装置的内腔从发光芯片单元中很好地向外散热。
如果由发光芯片单元发射的光的波长未与所希望的波长一致，则可通过根据权利要求14所述的措施来调节。荧光体颗粒吸收射到该荧光体颗粒上的辐射，并发射至少一个另外的波长的辐射。通过合适地选择荧光体颗粒或荧光体颗粒混合物，由发光芯片单元发射的辐射可转换为具有另一光谱的辐射。
根据权利要求15，可以以简单的方式确保荧光体颗粒的均匀分布。
根据权利要求16和17，荧光体颗粒在其均匀分布方面是稳定的。
根据权利要求18，改善了光通过荧光体颗粒表色(Farbvorgabe)的效率。
可根据权利要求19可靠且持久地设定在荧光体颗粒和发光半导体之间的所希望的间距。
根据权利要求20，承载半导体结构的、在任何情况下都要设置的透光基板可同时确保在发光芯片单元的一侧上的所希望的间距。
在根据权利要求21所述的发光装置中，发光半导体结构通过平行于基板平面延伸的印制线路/印制导线(Leiterbahn)连接。这些印制线路可特别好且特别均匀地通过气相处理得到(金属蒸气没有被遮蔽)。
附图说明
下面借助附图详细阐述本发明的实施例。附图示出：
图1A是具有半导体结构的发光芯片单元的侧视图；
图1B是根据图1A的发光芯片单元的俯视图；
图2A是具有三个半导体结构的改变了的发光芯片单元；
图2B是根据图2A的改变了的发光芯片单元的俯视图；
图3是在图2A中由一个椭圆圈出的在两个半导体结构之间的区域的详细视图；
图4是具有标准的卡口灯头的发光装置，其中馈电线触点接通发光芯片单元，并示出了与卡口灯头分开的透明的灯泡；
图5是根据图4的发光装置的放大的详细视图，其中馈电线触点接通根据图1A和1B的发光芯片单元；
图6是与图5相应的附图，其中发光芯片单元由具有荧光体颗粒的材料包住；
图7是根据图4的改变了的发光装置与图5相应的附图，其中根据图2A和2B的发光芯片单元触点接通馈电线；
图8是具有并联的发光半导体结构的发光芯片单元；和
图9是具有串联的半导体结构的、变化了的发光芯片单元的剖视图。
具体实施方式
在图1A和1B中总体以10标注发光芯片单元，所述发光芯片单元包括由蓝宝石玻璃制成的载体基板12。蓝宝石玻璃也被称为氧化铝玻璃/刚玉玻璃(Al2O3玻璃)。在发光芯片单元10中，载体基板12具有约400μm的厚度，然而其也可具有例如5μm和600μm之间的其它厚度。作为蓝宝石玻璃的替代，也可将耐高温玻璃、例如派莱克斯玻璃(Pyrexglas)形式的更为廉价的材料用于载体基板12。
载体基板12承载半导体结构14，该半导体结构本身包括三个层。
处于由蓝宝石玻璃制成的载体基板12上的下部层16是由n-GaN或n-InGaN制成的n型层。
中间层18是MQW层。MQW是“Multiple Quantum Well(多量子阱)”的缩写。MQW材料为超晶格，所述超晶格具有根据超晶格结构改变的电子能带结构并相应地在不同波长时发射光。通过选择MQW层可影响由pn型半导体结构14发出的辐射的光谱。
上部层20由p型III-V半导体材料制成，例如由p-GaN制成。
半导体结构14具有一在俯视图中为U形的、环绕的台阶部22，其台阶面24在高度方面处于载体基板12和MQW层18之间。以这种方式，n型层16在台阶面24的区域中在侧面突出超过MQW层18和p型层20。台阶面24由相应地为U形的气相处理的印制线路26覆盖，所述印制线路包括两条平行延伸的印制线路26a和26b以及与它们垂直延伸的印制线路26c。印制线路26c形成用于n型层16的接触连接部(Kontaktanschluβ)。
为了也触点接通p型层20，在p型层20的上侧上、在从上方看U形印制线路26置于其两侧的区域28旁边，气相处理以形成导电面30，所述导电面形成用于p型层20的接触连接部。三根首先平行延伸的印制线路32a、32b、32c从导电面30开始在p型层20的表面上延伸到p型层20的区域28中。如在图1A中可容易地看到的，两根外部的印制线路32a和32c的自由端部分别向中间印制线路32b的方向弯曲了90°。
半导体结构14的区域28的面积为280×280μm至1800×1800μm。
印制线路26a、26b、26c和32a、32b、32c以及导电面30通过气相处理/气相沉积铜金合金获得。可选择地，还可使用银合金或铝合金。在接触连接部26c和30的区域中可设置有金，其被以本身已知的方式掺杂到p型层或n型层上，用以连接。
在图2A和2B中分别示出改变了的发光芯片单元10′。与根据图1A和1B的发光芯片单元10的部件相应的部件具有加撇号的相同的附图标记。
在发光芯片单元10′中，在载体基板12′上设置有三个半导体结构14′a、14′b和14′c，这里的三个半导体结构与根据图1A和1B的半导体结构14基本一致。半导体结构14′a、14′b和14′c串联连接，其中，中间半导体结构14′b的导电面30′与半导体结构14′a的印制线路26′c连接，而半导体结构14′b的印制线路26′c与半导体结构14′c的导电面30′连接。
例如以半导体结构14′b和14′c之间的连接(参见图2A)为例，放大地在图3中较为详细地示出了印制线路26′c与导电面30′之间的连接的优选设计方案。
在半导体结构14′b和14′c之间设置有斜坡形的绝缘体34。对此例如可在相应的半导体结构14′之间溅射电绝缘材料。两个半导体结构14′(在图3中为半导体结构14′b和14′c)之间的间距为100μm的量级。
在斜坡形的绝缘体34上气相处理以形成印制线路36，该印制线路36例如可由上述与印制线路26和32、导电面30相关的相同材料制成。
由于斜坡的形状，确保了气相处理的印制线路的厚度均匀。没有例如在印制线路部段垂直于载体基板12的平面延伸时所预料的被遮蔽的区域。
通过印制线路36确保了在半导体结构14′之间的可靠且耐久的导电连接。传统使用的、具有极细的接合丝的接合结构对热应力和/或机械应力的耐受能力较差。
如在图3中可看到的，在那里半导体结构14′c进行了少许改变，在印制线路36下面设置有用斜坡34的绝缘材料填充的凹部38。
在图4中示出了发光装置40，其具有标准的卡口灯头作为连接灯头42。作为卡口灯头(例如GU10灯头等)的替代，还可提供标准的爱迪生灯头(例如E12、E26等)、标准的插式灯头或者标准的楔形灯头。
由连接灯头42的在此未特别用附图标记标注出的、本身已知的外部连接区域开始，两根馈电线44a、44b在该连接灯头内部延伸。所述馈电线在连接灯头42上方横穿一由电绝缘材料制成的间隔件46。通过所述间隔件防止了馈电线44a、44b接触，这种接触会导致短路。
馈电线44a和44b的自由端部48a和48b形成了接触区域，所述接触区域触点接通发光芯片单元10或10′，这仅在图4中示出。
发光装置40包括由可透光材料制成的灯泡50，所述灯泡在安装状态下与连接灯头42一起限定发光装置40的内腔52。
灯泡50例如由玻璃或环氧树脂制成，此外如果希望的话还可实现聚光系统功能。
内腔52填充有硅油
Figure G2007800525135D00061
54，由发光芯片单元10或10′产生的热经由所述硅油散至灯泡50的在径向上位于外部的区域。
同样为了散热目的，馈电线44a、44b除导电性外还具有好的导热性，所述导热性优选至少要与铜的导热性相当。
因此令人满意的散热可通过馈电线44a、44b来发生，所述馈电线的直径在0.3mm至2mm之间，优选在0.5mm和1.0mm之间，特别优选约为0.7mm。
在图5中以放大图示出，发光芯片单元10是怎样用仅有的一半导体结构14在馈电线44a、44b的接触区域48a、48b之间触点接通的。如在那里可看出的，馈电线44a的接触区域48a通过借助银焊料56a进行的硬钎焊而触点接通到半导体结构14的印制线路26c上。该半导体结构14的导电面30同样也通过用56b标注的银焊料与发光装置40的第二馈电线44b的接触区域48b连接。
作为用于触点接通发光芯片单元10的银焊料56a、56b的替代，馈电线44a、44b的接触区域48a、48b还可借助于导电粘合剂与半导体结构14的相应的印制线路26c或导电面30导电连接。
在图6中示出的变化形式中，发光芯片单元10附加地利用透明材料58包住，其中均匀地分布有通过点画出的荧光体颗粒60。材料58例如可以是透明的双组分粘接剂。材料58以一掀开的视图示出。然而发光芯片单元10事实上完全由材料58包住。
半导体结构14在施加有电压时发射出紫外光以及在420nm至480nm的波长范围内的蓝光。通过包住发光芯片单元10的、具有荧光体颗粒60的材料层58可获得白光LED。适合的荧光体颗粒60由具有各种色心的透明固体材料制成。为将由半导体结构14发出的紫外光和蓝光转变为白光，使用三种类型的荧光体颗粒60，这三种类型的荧光体颗粒部分地吸收紫外光和蓝光，而本身发出黄光和红光。另外，如果希望的话，还可额外地混入发射蓝光的颗粒。
通过使半导体结构14包括以不同于在此给出材料的已知材料制成的层16、18、20，可改变由发光装置40产生的光的光谱。
作为具有荧光体颗粒60的材料58的可选方案，所述荧光体颗粒还可均匀分布地设置在发光装置40的内腔52中的硅油54中。
在发光装置40的一变化形式中，还可不用硅油54。在这种情况下，灯泡50的内腔52的内表面例如可涂上上述类型的具有荧光体颗粒60的材料58的层。
荧光体颗粒60或者容纳该荧光体颗粒的材料58还可在外部施加在透明的塑料外壳或玻璃外壳上，所述外壳设计成使得所述材料在全部空间方向上以基本上相同的间距包围装入该外壳中的发光芯片单元10或10′的半导体结构14。
其中均匀分布有荧光体颗粒60的材料58与半导体结构14之间的有利的间距处于约0.3mm和3.0mm之间，优选在0.5mm和1.5mm之间，尤其优选约为1mm。
在图7中放大地示出了具有三个半导体结构14′a、14′b和14′c的发光芯片单元10′通过馈电线44a、44b的触点接通。除了是将发光芯片单元10′设置在该处以外，上述对发光芯片单元10的触点接通的描述，如作适当变动，也相应地适用。发光芯片单元10′也可由其中均匀地分布有荧光体颗粒60的材料58包住，以便获得白光辐射。所述材料58在图7中以虚线画出。
这样形成的、具有发光芯片单元10或10′的发光装置40利用其连接灯头42旋入或插入相应设计的、与连接灯头匹配的灯座中以进行工作。通过该连接灯头42将一工作电压施加给馈电线44a、44b和相应的发光芯片单元10或10′，由此激发相应的半导体结构14或14′以发光。
所述半导体结构14或14′和相应的发光芯片单元10或10′的突出优点在于在具有高的光功率的同时还具有长的使用寿命。以这种方式实现了耐用的发光装置，其可替换标准的、使用寿命较短的已知发光装置，而无需例如改变所配属的灯座中进行的结构。
每个半导体结构14或14′以约3.5至4V的工作电压工作，从而使由三个半导体结构14′a、14′b和14′c形成的发光芯片单元10可在12V下工作。这特别是对于机动车领域大大有利。
在连接灯头42的内腔中必要时可设置额外的电子部件如一个或多个相应的串联电阻等，其连接在连接灯头42的外部连接区域和馈电线44a、44b之间，并在半导体结构14或14′上确保了基本上恒定的工作电流强度。此外，在连接灯头42的内腔中可设置这样的电子部件，使得通过所述电子部件可将与半导体结构14或14′所需的工作电压不同的外部供电电压例如电源电压转换为所需的工作电压。
在耗用功率为1W时，每个半导体结构14或14′获得约40Lumen(流明)的光功率。
在根据图8的发光芯片单元中，在一个载体基板12上设置有六个发光半导体结构14，所述各个半导体结构由于通过接触部36形成的触点接通而彼此并联地电连接。
在根据图9的发光芯片单元10中，在一个载体基板12上设置有六个半导体结构14，所述六个半导体结构交替地利用其n型层或其p型层邻接于载体基板12，所述n型层或p型层均承载两个透明电极。因此六个半导体结构可通过平行于基板平面延伸的印制线路70和72串联连接，所述印制线路可容易地通过气相处理形成所需的厚度和均匀性。
处于半导体结构14之间的空间通过透明的绝缘材料体74填充。这些绝缘材料体可通过筛选玻璃料、然后使玻璃料熔合或烧结来获得。

Claims (22)

1.一种发光装置，特别是用于机动车，该发光装置具有：
a)连接灯头(42)；
b)由透光材料制成的灯泡(50)，所述灯泡至少部分地限定一内腔(52)和由所述连接灯头(42)支承；
c)第一馈电线(44a)和第二馈电线(44b)，能够通过所述连接灯头(42)为所述馈电线施加工作电压，所述馈电线以接触区域(48a、48b)插入所述内腔(52)中，
其特征在于，
d)所述馈电线(44a、44b)的接触区域(48a、48b)与一发光芯片单元(10、110)连接，所述发光芯片单元包括至少一个发光半导体结构(14、114)。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述馈电线(44a、44b)的直径在0.3mm和2mm之间，优选地在0.5mm和1.0mm之间，特别优选约为0.7mm，所述馈电线由导热性好的导电材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述馈电线(44a、44b)的接触区域分别通过硬钎焊接触部(56a、56b)，特别是通过银焊料接触部，与发光芯片单元(10、110)连接。
4.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述馈电线(44a、44b)的接触区域通过导电粘合剂与发光芯片单元(10、110)连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光芯片单元(110)包括至少两个发光半导体结构(114a、114b、114c)。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述发光芯片单元包括三个发光半导体结构(114a、114b、114c)。
7.根据权利要求5或6所述的发光装置，其特征在于，所述半导体结构(114a、114b、114c)借助气相处理的印制线路(136)彼此导电连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置，其特征在于，多个发光半导体结构(144a、114b、114c)串联地电连接。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述半导体结构(114a、1114b)以相同的层指向一承载所述半导体结构的载体基板(12)，并通过由斜坡(34)承载的印制线路(36)连接。
10.根据权利要求8或9所述的发光装置，其特征在于，如此选择串联连接的发光半导体结构(114a、114b、114c)的数目，使得总电压降为12V、24V、110V或220V。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光芯片单元(10、110)包括一由透明材料制成的载体基板(12、112)，所述载体基板承载所述发光半导体结构(14、114)。
12.根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述载体基板(12、112)的透明材料是蓝宝石玻璃或者耐高温玻璃。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述内腔(42)填充有导热且电绝缘的液体例如硅油(54)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光芯片单元(10、110)至少局部地由基本上均匀分布的荧光体颗粒包围，所述荧光体颗粒这样吸收由所述发光半导体结构(14)发出的光并部分地转换成互补光，使得所述发光装置总体上基本发出白光。
15.根据权利要求14所述的发光装置，其特征在于，所述荧光体颗粒中的至少一部分基本上均匀地分布在一载体介质中，优选在液态载体介质例如硅油(54)中。
16.根据权利要求14或15所述的发光装置，其特征在于，所述荧光体颗粒的至少一部分由所述发光芯片单元(10)承载。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述荧光体颗粒的至少一部分由所述灯泡(50)承载，优选施加到该灯泡的内表面上。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的发光装置，其特征在于，在所述基本上均匀分布的荧光体颗粒和发光半导体结构(14、114)之间保留约0.3mm至3.0mm，优选约0.5mm至1.5mm，尤其优选约为1mm的间距。
19.根据权利要求18所述的发光装置，其特征在于，所述发光半导体结构(14、114)设置在两个透光的基板之间，所述基板的厚度与所述发光半导体结构(14、114)和荧光体颗粒之间的所希望的间距相当。
20.根据权利要求19所述的发光装置，其特征在于，所述透光的基板中的一个通过一承载所述发光半导体结构(14、114)的透明板形成。
21.根据权利要求8至20中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光半导体结构(14)中的至少一部分设置成成对地以不同的侧指向载体基板(12)，并通过平行于载体基板平面延伸的印制线路(36、37)串联连接。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光半导体结构(14)中的至少一部分设置成成对地以相同的层指向载体基板，并通过平行于载体基板平面延伸的印制线路(36、37)连接。
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