DE10032453A1 - Strahlung emittierendes Bauelement - Google Patents

Abstract

Bei Leuchtdioden zur Abstrahlung von insbesondere weißem Licht führt die Verwendung einer Anregungswellenlänge im UV-Bereich zu Problemen mit der Farbstabilität des ummantelnden Kunststoffes oder Harzes, da das Metrial altert und einer damit einher gehenden Verfärbung unterliegt. DOLLAR A Strahlung emittierendes Bauelement, mit einem zwischen zwei Stempeln angeordneten und in einem Gehäusekörper aus Glas hermetisch eingeschlossenen Leuchtdiodenchip, wobei die Stempel gleichzeitig als elektrische Anschlüsse des Bauelements dienen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im und/oder auf dem Gehäusekörper Pigmente eines oder mehrerer Lumineszenzfarbstoffe angeordnet sind, mit denen sich die Wellenlänge der erzeugten Strahlung des Bauelements bestimmen lässt. DOLLAR A Die Erfindung eignet sich insbesondere für sogenannte MELF-LED in einem hermetisch dichten Gehäusekörper, die weißes Licht erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlung emittierendes Bauelement nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein Strahlung emittierendes Bauelement nach dem Stand der Technik ist bei­ spielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 51 911 A1 bekannt. In diesem Dokument wird eine Leuchtdiode mit einem hermetisch dichten Ge­ häusekörper beschrieben, bei des ein Leuchtdiodenchip in einem Glasröhrchen angeordnet ist und beide Enden des Glasröhrchens mit jeweils einem Metall­ stempel verschlossen sind. Dabei dienen die Metallstempel gleichzeitig als elek­ trische Anschlüsse der Leuchtdiode.

Leuchtdioden zur Abstrahlung von insbesondere weißem Licht, wie sie bei­ spielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 196 25 622 A1 oder DE 196 38 667 A1 bekannt sind, weisen zur Erzeugung von kurzwelligem Licht einen Leuchtdiodenchip auf Basis von GaN bzw. InGaN auf, wobei die Emissi­ onswellenlänge durch den Indiumanteil in der lichtaktiven Schicht des Leucht­ diodenchips bestimmt und zuerst durch Konversion des kurzwelligen Lichts mit einer bestimmten Anregungswellenlänge mit Hilfe von Lumineszenzfarbstoffen längerwelliges Licht (Stokes Shift) erzeugt wird. Schließlich entsteht durch geeig­ nete Mischung dieser Lumineszenzfarbstoffe aus der Mischung der emittierten Wellenlängen weißes Licht.

Die Emission des Leuchtdiodenchips im Blauen als Emissionsfarbe kann mit verwendet werden, hat jedoch Nachteile zur Folge. Da verschiedene Einflüsse (Wellenlänge und Intensität der Emission des Leuchtdiodenchips, Menge, Men­ genverhältnisse und Verteilung des Lumineszenzfarbstoffes um das Leucht­ diodenchip) Schwankungen unterliegen, ergeben sich Schwierigkeiten, einen bestimmten Farbton, insbesondere einen Weißton, mit definierter Chromatizität reproduzierbar einzustellen.

Eine aus dem Konferenzbereicht Light-Emitting-Diodes: Research Manufacturing and Applications III (San Jose, CA, USA, 27-28 Jan 1999; ISSN 0277-786X) be­ kannte Lösung, als Anregungswellenlänge eine nicht sichtbare Strahlung im UV- Bereich (beispielsweise 430 nm bei GaN) zu verwenden, kann jedoch bei kon­ ventionellen Bauteilen zu Problemen mit der Farbstabilität des ummantelnden Kunststoffes oder Harzes führen, da das Material infolge der UV-Strahlung altert und einer damit einher gehenden Verfärbung unterliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlung emittierendes Bauele­ ment nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass das Bauele­ ment ein mischfarbiges Licht, insbesondere weißes Licht, abstrahlt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Strahlung emittierendes Bauelement mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Der Gegenstand des Anspruchs 1 weist die Vorteile auf, dass das abzustrahlen­ de Licht lediglich durch die Mengenverteilung und Zusammensetzung des Lumi­ neszenzfarbstoffes um das Leuchtdiodenchip genau zu bestimmen ist. Durch die Verwendung von Glas als Gehäusekörper tritt zudem keine Farbtonänderung ein.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für sogenannte MELF-LED (MELF be­ deutet Metal Electrode Face, LED bedeutet Light Emitting Diode) in einem her­ metisch dichten Gehäusekörper, die weißes Licht erzeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine MELF-Leuchtdiode, bei der Pigmente im Gehäusekörper eingeschlossen sind und

Fig. 2: einen Querschnitt durch eine MELF-Leuchtdiode, bei der Pigmente auf die Außen- und/oder Innenseite des Gehäusekörpers aufgebracht sind.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Querschnitt durch ein Strahlung emittierendes Bauelement 1 mit einem Gehäusekörper 2, in dem ein Leuchtdiodenchip 5 zwi­ schen zwei Stempeln 3, 4 angeordnet ist. Bai dem Strahlung emittierenden Bau­ element 1 handelt es sich um eine Leuchtdiode, speziell um eine MELF-LED, die Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Spektrum aussendet. Der Gehäusekörper 2 besteht aus einem länglichen Glasröhrchen, dessen beide offene Enden mit jeweils einem Stempel 3, 4 verschlossen sind.

Um das Glasröhrchen 2 hermetisch verschließen zu können, müssen die Stem­ pel 3, 4 aus einem duktilen Material wie beispielsweise Kupfer bestehen und den selben Querschnitt wie das Glasröhrchen 2 aufweisen. Die Verwendung von Kupfer oder eines anderen geeigneten und zudem elektrisch leitfähigen Materials für die Stempel 3, 4 bringt als weiteren Vorteil mit sich, dass die Stempel 3, 4 auch als elektrische Anschlüsse für die MELF-LED 1 verwendet werden können und keine zusätzlichen Elektroden, Anschlussdrähte o. ä. gebraucht werden.

Beim Leuchtdiodenchip 5 handelt es sich um einen handelsüblichen Halbleiter­ körper auf der Basis von In_xGa_(1-x) mit einem Molenbruch x ≧ 0, mit einer lichtaktiven Halbleiterschicht und weiteren Zwischen- und Kontaktschichten zum Erzeugen von Strahlung, insbesondere von UV-Strahlung. Auf die Kontakt­ schichten (Vorderseitenkontakt, Rückseitenkontakt) des Leuchtdiodenchips 5 sind Kontakte 6 aufgebracht, die auch als "Bumps" bezeichnet werden und vor­ zugsweise aus Silber oder Gold bestehen. Beim Herstellen der MELF-LED 1 werden die Stempel 3, 4 in das Glasröhrchen 2 eingeführt und gegen die Kon­ takte 6 gedrückt. Bei einer Temperatur von ca. 630°C verbinden sich die Stem­ pel 3, 4 mit dem aufschmelzenden Glas des Glasröhrchens 2. Nach dem Abküh­ len ist der Leuchtdiodenchip 5 hermetisch eingeschlossen und ein elektrisch gut leitender, stabiler Kontakt zwischen den auch als elektrische Anschlüsse dienen­ den Stempeln 3, 4 und den Kontakten 6 sichergestellt wird.

Zur Erzeugung von sichtbarem Licht muss im Bereich der vom Leuchtdiodenchip 5 erzeugten Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, ein Lumineszenzfarbstoff vorhanden sein, der die vom Leuchtdiodenchip 5 erzeugte, kurzwellige und un­ sichtbare Strahlung aufnimmt und eine ganz bestimmte, langweilige und sichtbare Strahlungsverteilung (Spektrum) abgibt. Zur Erzeugung von Licht mit einem bestimmten Emissionsspektrum ist es notwendig, geeignete Wellenlängen (mit der jeweiligen Verteilung) miteinander zu mischen. So läßt sich auch weißes Licht durch Mischen verschiedener Emissionsspektren der jeweiligen Lumines­ zenzfarbstoffe mit einem bestimmten Farbton zu erzeugen.

Da für jede Wellenlängenverteilung ein eigener Lumineszenzfarbstoff notwendig ist, müssen dem zu Folge zur Erzeugung von weißem Licht mehrere Lumines­ zenzfarbstoffe mit jeweils einem bestimmten Anteil vorhanden sein. Das bedeutet also, das Emissionsspektrum der erzeugten Strahlung wird über die Mengenver­ teilung, Konversionswirkungsgrad und Zusammensetzung der Lumineszenzfarb­ stoffe bestimmt. Der erfindungsgemäße Gedanke besteht nun darin, die Pig­ mente der benötigten Lumineszenzfarbstoffe im und/oder auf dem als Gehäuse­ körper dienenden Glasröhrchen 2 anzuordnen.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind, wie in Fig. 1 abgebildet, im Glasröhrchen 2 Pigmente 7 eines oder mehrerer Lumineszenzfarbstoffe einge­ baut, mit deren Mengenverteilung und Zusammensetzung sich die Emissions­ wellenlänge der Strahlung des Bauelements 1 bestimmen lässt, wie bereits aus­ geführt wurde. Der Vorteil dieser ersten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Pigmente 7 vor mechanischem Abrieb, wie er beispielsweise bei Schütt- und Sortiervorgängen auftritt, gut geschützt sind.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie dies Fig. 2 zeigt, sind die Pigmente 7 eines oder mehrerer Lumineszenzfarbstoffe auf der Oberfläche des Glasröhrchens 2 angeordnet. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Pigmente 7 einfach und ohne großen Aufwand auf das Glas­ röhrchen 2 aufgetragen, aufgespritzt oder auf eine andere bekannte Art und Wei­ se aufgebracht werden können.

Beide Ausführungsformen der Erfindung weisen den Vorteil auf, dass durch den aus Glas bestehenden Gehäusekörper 2 eine hohe Farbstabilität und eine opti­ male Lichtauskopplung gewährleistet ist. Zudem stellt Glas für den Leucht­ diodenchip 5 eine optimale Ummantellung dar.

Claims (4)

1. Strahlung emittierendes Bauelement (1), mit einem zwischen zwei Stempeln (4) angeordneten und in einem Gehäusekörper (2) aus Glas hermetisch einge­ schlossenen Leuchtdiodenchip (5), wobei die Stempel (4) gleichzeitig als elektri­ sche Anschlüsse des Bauelements (1) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass im und/oder auf dem Gehäusekörper (2) Pigmente (7) eines oder mehrerer Lu­ mineszenzfarbstoffe angeordnet sind, mit denen sich die Wellenlänge der er­ zeugten Strahlung des Bauelements (1) bestimmen lässt.

2. Strahlung emittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Leuchtdiodenchip (5) auf der Basis von In_xGa_(1-x)N hergestellt ist.

3. Strahlung emittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Molenbruch des In_xGa_(1-x)N einen Wert von größer oder gleich Null aufweist.

4. Verwendung des Strahlung emittierenden Bauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Erzeugung von weißem Licht.