DE10142009B4 - LED - Lichtquelle mit einem Konversionsmittel und mit einer UV-absorbierenden Schicht - Google Patents

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Abstract

LED-Lichtquelle, mit
mindestens einer LED (1) mit einer Emission im UV, blauen und/oder grünen Spektralbereich und
einer die LED (1) unmittelbar oder mittelbar umgebenden Umhüllung (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material, in dem ein Konvertermaterial (4) zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion einer von der LED (1) emittierten Strahlung (9a) in sichtbares oder infrarotes Licht (9b) einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist,
wobei auf der Umhüllung (3) eine UV-undurchlässige Schicht (6) vorgesehen ist,
die LED (1) auf einer Elektrode (2) angeordnet ist, die UV-reflektierend ausgebildet ist und
die Elektrode (2) mit einer UV-reflektierenden Schicht (5) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die UV-reflektierende Schicht (5) der Elektrode (2) sichtbares Licht absorbiert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine LED-Lichtquelle nach dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 5.
  • Bei Lichtquellen, die insbesondere für sicherheitsrelevante Anzeigevorrichtungen im Außenbereich, wie beispielsweise Signalleuchten (Ampeln) oder Verkehrszeichen, eingesetzt werden, sind einerseits ein hoher Wirkungsgrad und eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich und andererseits sollte möglichst die Entstehung von Phantomlicht vermieden werden. Phantomlicht entsteht, wenn Fremdlicht, wie beispielsweise Sonnenlicht, auf den Leuchtdiodenkörper bzw. allgemeiner die Lichtquelle oder deren vorgeschaltete Optik trifft und daran reflektiert wird. Diese Reflexion kann derart signifikant sein, dass die passive (nicht leuchtende) Leuchtdiode vom Betrachter der Anzeigevorrichtung als aktiv leuchtend wahrgenommen wird und der Betrachter die eigentlich dargestellte Information nicht mehr erkennen kann oder irrtümlicherweise die Anzeigevorrichtung als eingeschaltet wahrnimmt.
  • Als Lichtquellen für Anzeigevorrichtungen werden neben den oben genannten Leuchtdioden (kurz LEDs) beispielsweise auch elektrisch oder Gasflammen-beheizte Glühdrähte, Glühdrahtlampen mit Halogenzusatz in der Gasfüllung und Gasentladungsröhren verwendet. Dabei werden zusätzlich Farbfilter, Oberflächenprofilierungen, Lumineszenzkonverter, zum Beispiel in Form von Leuchtstoffpulvern, zur Umsetzung des Primärlichts in sichtbares Licht gewünschter Wellenlänge und dergleichen eingesetzt, um den Wirkungsgrad der Lichtquellen zu erhöhen und die Wirkung von Phantomlicht zu reduzieren. Leuchtdioden mit in der Vergussmasse enthaltenen Lumineszenzkonverterpig menten (sog. Lumineszenzkonversions-LEDs) sind beispielsweise in der DE 199 18 370 A1 offenbart.
  • Aus der WO 98/54 929 A2 ist ferner eine LED bekannt, welche eine UV-undurchlässige Glasplatte unmittelbar über die Lumineszenzkonverterstoff enthaltene Vergussmasse vorsieht. Ähnlicherweise wird in der US 5 962 971 A ein UV-undurchlässiges Filter auf einer Lumineszenzkonverterstoff enthaltenen Vergussmasse einer LED angeordnet, um eine äußere Vergussmasse und den Betrachter vor schädlicher UV-Strahlung zu schützen. Aus der DE 196 38 667 A1 ist ein Lumineszenzkonversionselement bekannt, welches UV-Licht in einem Stufenprozess in mischfarbigen Licht umwandelt.
  • Weiterhin ist bekannt, den Fremdlichteinfall mittels mechanischer Lichtschutzgitter oder Abschirmvorrichtungen zu vermindern, wie sie zum Beispiel in der DE 198 24 499 A1 beschrieben sind. Außerdem ist es zum Teil üblich, die Lichtquellen mit höheren Leistungen zu betreiben, um einen deutlicheren Unterschied zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand zu bewirken. Dies führt allerdings häufig zu einer unerwünschten Blendwirkung der Anzeigevorrichtung.
  • Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LED-Lichtquelle bereitzustellen, welche einen hohen Wirkungsgrad aufweist und auch bei Fremdlichteinfall die Entstehung von Phantomlicht zuverlässig vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird durch eine LED-Lichtquelle mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die LED-Lichtquelle unter anderem mindestens eine LED mit einem kurzwelligen Emissionsspektrum, insbesondere im ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich und eine die LED zumindest teilweise umschließende Umhüllung, insbesondere in Form eines Vergusses oder Kunststoffformkörpers, aus einem strahlungsdurchlässigen Material auf, in dem ein Lumineszenz-Konvertermaterial zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion der von der LED emittierten elektromagnetischen Strahlung je nach Anwendungsgebiet in langwelligeres sichtbares oder infrarotes Licht einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist, wobei auf der Umhüllung ein weitestgehend UV-undurchlässiges Element, insbesondere eine weitestgehend UV-undurchlässige Schicht vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise ist die weitestgehend UV-undurchlässige Schicht auf der Umhüllung als eine einseitig oder beidseitig UV-reflektierende Schicht ausgebildet ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist die LED-Lichtquelle unter anderem mindestens eine LED mit einem kurzwelligen Emissionsspektrum, insbesondere im ultravioletten, blauen und/oder grünen Spektralbereich und eine die LED zumindest teilweise umschließende erste Umhüllung, insbesondere in Form eines Vergusses oder Kunststoffformkörpers, aus einem strahlungsdurchlässigen Material und eine die LED zumindest teilweise unmittelbar umgebende zweite Umhüllung, insbesondere in Form eines Vergusses oder Kunststoffformkörpers, aus einem strahlungsdurchlässigen Material auf, wobei die zweite Umhüllung ihrerseits zumindest teilweise in der ersten Umhüllung eingebettet ist und in ihrem Material ein Lumineszenz-Konvertermaterial zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion der von der LED emittierten elektromagnetischen Strahlung in sichtbares oder infrarotes Licht einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist, und auf der zweiten Umhüllung eine weitestgehend UV-undurchlässige Schicht vorgesehen ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist auf der zweiten Umhüllung vorzugsweise eine UV-reflektierende Schicht vorgesehen.
  • Aufgrund der UV-undurchlässigen Schicht auf der Umhüllung wird weitestgehend verhindert, dass von außen UV-Licht in die Umhüllung eindringt und dort von dem Konvertermaterial in sichtbares oder infrarotes Licht umgewandelt wird, was einen eingeschalteten Zustand der LED vortäuschen würde (Phantomlicht).
  • Durch die Ausbildung der UV-undurchlässigen Schicht auf der Umhüllung als UV-reflektierende Schicht bzw. durch das Vorsehen der UV-reflektierenden Schicht auf der zweiten Umhüllung wird ein UV-Anteil der kurzwelligen Strahlung der LED, wenn sie nicht von dem Konvertermaterial in der Umhüllung umgewandelt worden ist, an dieser UV-reflektierenden Schicht zurück reflektiert. Dies erhöht die Absorptionswahrscheinlichkeit der von der LED emittierten kurzwelligen Strahlung in dem Konvertermaterial, was wiederum den Wirkungsgrad der LED- Lichtquelle verbessert. Außerdem genügt eine geringere Menge des Konvertermaterials in der Umhüllung bzw. der zweiten Umhüllung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Elektrode, auf der die LED montiert ist, derart ausgebildet, dass sie sowohl UV-Licht als auch sichtbares Licht reflektiert, so dass der Wirkungsgrad der LED-Lichtquelle weiter erhöht wird.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter „kurzwelliger Strahlung”, wie sie von der LED emittiert wird, insbesondere Strahlung im blauen bis UV-Spektralbereich (Wellenlängen kleiner etwa 495 nm) verstanden wird, während unter „sichtbarem Licht”, das von der LED-Lichtquelle abgestrahlt werden soll, Strahlung im sichtbaren blauen bis roten Spektralbereich (Wellenlängen etwa zwischen 400 nm und 770 nm) verstanden wird. Außerdem schließen die Begriffe „UV-undurchlässig” und „UV-reflektierend” nicht zwangsweise nur die eigentliche UV-Strahlung ein sondern kann auch gegebenenfalls die kurzwellige Strahlung wie sie oben definiert ist, umfassen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer LED-Lichtquelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Schnitt; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer LED-Lichtquelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Schnitt.
  • In den 1 und 2 sind zwei alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei gleiche und funktionsgleiche Elemente in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • Die in 1 dargestellte LED-Lichtquelle weist eine LED 1, das heißt einen LED-Chip mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad und einem kurzwelligen Emissionsspektrum im blauen oder UV-Spektralbereich auf. Als derartige LED 1 sind zum Beispiel solche auf Basis von GaN- oder GaInN-Verbindungshalbleitermaterial geeignet. Die LED 1 ist in bekannter Weise auf einer ersten Elektrode 2 montiert und über eine Verbindungsleitung 8 mit einer zweiten Elektrode 7 verbunden.
  • Die LED 1 und die Elektroden sind in einer Umhüllung 3 von geeigneter Form und aus einem transparenten Material mit möglichst hoher Brechzahl, wie beispielsweise Kunstharz, eingebettet. Die Umhüllung 3 enthält zum Beispiel gleichmäßig verteilt ein Lumineszenz-Konvertermaterial 4, beispielsweise ein Leuchtstoffpulver, welches Wellenlängenumwandlungskristallite umfaßt. Dieses Leuchtstoffpulver wandelt ein von der LED 1 emittiertes kurzwelliges Licht 9a in diffus gestreutes, sichtbares oder infrarotes Licht 9b einer gewünschten Wellenlänge um. Je nach Anwendungsgebiet der LED-Lichtquelle wird das Konvertermaterial 4 für spezielle Farbeindrücke gelb (Ampel, Blinklicht, ...), grün (Ampel, ...), rot (Ampel, Fahrzeugrücklicht, Begrenzungsleuchten, ...) oder auch Infrarot (technische Anwendungen zur Erkennung mit IR-Sensoren) emittierend ausgewählt. Bei entsprechender Auswahl des Materials und der Kristallitgröße des Konvertermaterials 4 kann ein Quantenumsetzungsgrad von nahezu 100% erzielt werden. Der Energiewirkungsgrad entspricht demnach dem Verhältnis der mittleren Anregungswellenlänge des von der LED 1 emittierten Lichts 9a zur mittleren Emissionswellenlänge des von dem Konvertermaterial emittierten Signallichts 9b.
  • Dieser hohe Wirkungsgrad von Leuchtstoffpulvern beruht auf mehreren Aspekten. Zum einen ist die Brechzahl der Kristallite kleiner als bei typischen III-V-Halbleitermaterialien und zum anderen ist die Bandlücke des Grundkristalls (in der Regel ein Isolator) wesentlich größer als die Emissions-Photonenenergie und damit die Absorption mehrfach reflektierter Strahlung sehr gering. Außerdem ist die Kristallitgröße und seine äußere Form für die Einkopplung des UV-Lichts und die Auskopplung des gesamten Emissionslichts nach Mehrfachreflexionen innerhalb des Kristallits optimiert.
  • Auf der Oberfläche der Umhüllung 3 ist eine weitestgehend UV-undurchlässige Schicht 6 vorgesehen. Die Schicht 6 kann durch Besprühen, Bedampfen, Beschichten, einen Tauchvorgang oder dergleichen auf die Umhüllung 3 aufgebracht werden. Die Schicht 6 ist vorzugsweise auch einseitig (nach außen) oder beidseitig UV-reflektierend ausgebildet.
  • Durch diese Schicht 6 dringt von außen im wesentlichen kein Fremdlicht im blauen bis UV-Spektralbereich in die LED-Lichtquelle ein, welches an dem Konvertermaterial 4 ebenfalls gestreut und spektral umgewandelt werden würde. Auf diese Weise wird die Entstehung des eingangs erläuterten Phantomlichts weitestgehend wirksam vermieden. Zur Vermeidung des Phantomlichts ist hier auch keine höhere Leistungsaufnahme der LEDs erforderlich, so dass durch die Erfindung eine blendfreie Lichtquelle zur Verfügung gestellt wird. Im Falle der beidseitig UV-reflektierenden Schicht 6 wird außerdem die von der LED 1 emittierte UV-Strahlung 9a an der Schicht 6 zurück in die Umhüllung 3 reflektiert, so dass die Absorptionswahrscheinlichkeit der UV-Strahlung 9a an dem Konvertermaterial 4 erhöht wird, was wiederum den Wirkungsgrad der LED-Lichtquelle verbessert. Ferner ist in diesem Fall eine geringere Menge Konvertermaterial 4 in der Umhüllung 3 ausreichend.
  • Neben der Wellenlängenumwandlung von kurzwelligem Licht 9a in sichtbares oder infrarotes Licht 9b gewünschter Wellenlänge führt das Konvertermaterial 4 zusätzlich auch eine Wellenlängenumwandlung von weißem Fremdlicht 10 in ein charakteristi sches Spektrum durch. Dies kann durch verschiedene physikalische Mechanismen, wie Wellenlängenkonversion, elastische, kohärente oder inkohärente Streuung, Mie-Streuung und dergleichen erfolgen. Dieser spezielle Effekt des Konvertermaterials 4 wird ausgenutzt, um das Erscheinungsbild der LED-Lichtquelle für den Betrachter im Falle von Fremdlichteinfall zwischen ausgeschaltetem und eingeschaltetem Zustand der LED 1 deutlicher zu unterscheiden. Die LED-Lichtquelle erscheint bei Fremdlichteinfall und nicht eingeschalteter LED 1 in der Komplementärfarbe zu der Farbe, in der die LED-Lichtquelle mit eingeschalteter LED 1 leuchtet. Für ein grünes Streulicht kann zum Beispiel der Leuchtstoff NBS 1028 (Zn2SiO4:Mn) mit einem Quantenwirkungsgrad von 68% oder der Leuchtstoff NBS 1027 (MgWO4) mit einem Quantenwirkungsgrad von 84% eingesetzt werden.
  • Diese Wirkung, dass die LED-Lichtquelle auch bei nicht betriebener LED 1 eine definierte Farbe aufweist, kann durch zusätzliche Farbfilterschichten (nicht dargestellt) auf der Reflexionsschicht 6 oder durch eine Einfärbung der Vergussmasse 3 mit herkömmlichen Farbstoffen unterstützt werden. Die Filterwirkung der Farbstoffe oder der Zusatzfilter wird dabei natürlich so gewählt, dass sie für das Spektrum des in dem Konvertermaterial 4 erzeugten Signallichts 9b weitgehend transparent ist. Als geeignete Farb- und/oder Filterstoffe können die für den Fachmann für die Verwendung bei dem jeweils vorliegenden Wellenlängenbereich geläufigen Materialien eingesetzt werden.
  • Weiterhin bevorzugt ist die erste Elektrode 2 mit einer Reflexionsschicht 5 versehen, welche UV-reflektierend ausgebildet ist, so dass auf diese Elektrode 2 fallendes UV-Licht zurück reflektiert und damit der Wirkungsgrad der LED-Lichtquelle erhöht wird. Außerdem absorbiert die Reflexionsschicht 5 vorzugsweise Licht im sichtbaren Bereich, so dass dieses Licht nicht wieder als Phantomlicht aus der LED-Lichtquelle austreten kann. Alternativ kann die Reflexionsschicht auch für sichtbares Licht durchlässig sein, wobei das sichtbare Licht dann in einer zusätzlichen Absorberschicht (nicht dargestellt) hinter der Reflexionsschicht 5 absorbiert wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform reflektiert die Reflexionsschicht 5 auf der ersten Elektrode 2 Strahlung sowohl im UV- als auch im sichtbaren Bereich. Diese Ausführungsform zeigt einen höheren Wirkungsgrad, da das von dem Konvertermaterial 4 in der Vergussmasse erzeugte Signallicht 9b ebenfalls an der Reflexionsschicht 5 reflektiert und von der LED-Lichtquelle abgestrahlt werden kann.
  • In 2 ist ein alternatives zweites Ausführungsbeispiel einer LED-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • Die LED-Lichtquelle weist eine LED 1 mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad und einem kurzwelligen Emissionsspektrum auf, welche in bekannter Weise auf einer ersten Elektrode 2 montiert und über eine Verbindungsleitung 8 mit einer zweiten Elektrode 7 (in 2 nicht gezeigt) verbunden ist. Die LED 1 und die Elektroden sind in einer Vergussmasse 3 von geeigneter Form und aus einem transparenten Material mit möglichst hoher Brechzahl, beispielsweise Kunstharz, eingebettet. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist diese Vergussmasse 3 mit einer UV-undurchlässigen Schicht 6, welche vorzugsweise auch UV-reflektierend ausgebildet sein kann, versehen.
  • Im Unterschied zu der in 1 dargestellten LED-Lichtquelle enthält die Vergussmasse 3 kein Konvertermaterial 4. Statt dessen ist die LED 1 unmittelbar von einer zweiten Vergussmasse 11 aus einem transparenten Material umgeben, welches das oben beschriebene Konvertermaterial 4 enthält. Diese zweite Vergussmasse 11 mit Konvertermaterial 4 kann zum Beispiel aus einem Tropfen spezieller Vergussmasse mit stark konzentrierter Aufschlämmung von Wellenlängenkonverterkristalliten oder einfach aus einer dünnen Ablagerung von Wel lenlängenkonverterkristalliten, die mit Vergussmasse überpresst sind, bestehen. Die Vergussmasse 11 ist außerdem mit einer UV-reflektierenden Schicht 12 versehen.
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine konzentrierte Wellenlängenkonversion der von der LED 1 emittierten Strahlung 9a in der unmittelbaren Umgebung der LED 1 erzielt. Außerdem wird die in der Regel UV-strahlungsempfindliche Vergussmasse 3 durch die beiden UV-reflektierenden Schichten 6 und 11 sowohl vor UV-Fremdlicht als auch vor innerer UV-Strahlung der LED 1 geschützt, so dass eine bei herkömmlichen LED-Lichtquellen übliche Alterstrübung der Vergussmasse 3 so weit wie möglich verhindert wird.
  • Bei der LED-Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung (erstes oder zweites Ausführungsbeispiel) kann elektrische Energie zum Beispiel in grünes Ampellicht mit einem Gesamtwirkungsgrad von etwa 14% umgesetzt werden. Dieser Wert ergibt sich aus dem Wirkungsgrad der Umsetzung elektrischer Energie in UV-Strahlung durch eine GaN-LED von etwa 70%, einem Wirkungsgrad für die Auskopplung des UV-Lichts aus der LED bei transparentem Substrat von etwa 40% und einem Wirkungsgrad für die Umwandlung der UV-Strahlung in grünes Licht von etwa 50%. Dieser Wert von 14% liegt deutlich über dem Wirkungsgrad einer herkömmlichen Halogenglühlampe mit ausgefiltertem Grünspektrum von insgesamt etwa nur 4%.
  • Wenn also zum Beispiel 1 W optische Leistung grünes oder rotes Licht gefordert wird, benötigen herkömmliche Glühlampen und LED-Lichtquellen etwa 25 W elektrische Leistung, während die erfindungsgemäße LED-Lichtquelle nur etwa 10 W elektrische Versorgungsleistung benötigt. Die geringere Verlustleistung von 9 W im Falle der erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle kann leichter abgeführt werden, während das Abführen der 24 W Verlustleistung bei herkömmlichen Vorrichtungen ein erhebliches Problem darstellt.
  • Die Gründe für den relativ hohen Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle liegen in
    • – dem hohen UV-Strahlungsumsetzungsgrad zum Beispiel einer GaN-LED;
    • – einem im Vergleich zu anderen III-V-Halbleitermaterialien höheren Auskoppelraumwinkel für GaN;
    • – der guten Einkoppelwirkung des UV-Lichts aus dem LED-Chip 1 in das Konvertermaterial 4, begünstigt durch die UV-Reflexionsschichten der LED-Lichtquelle; und
    • – dem hohen Quantenwirkungsgrad optimal ausgesuchter Konvertermaterialien.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können die dem Fachmann geläufigen Substanzen für die Herstellung von UV-absorbierenden und UV-reflektierenden Schichten sowie für die Konvertermaterialien eingesetzt werden. Diese Substanzen werden vorliegend nicht näher beschrieben. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind vielmehr die vorteilhaften Anwendungen socher Materialien bei Leuchtdiodenbauelementen und die speziellen strukturellen Anordnungen in einem Leuchtdiodenbauelement.

Claims (18)

  1. LED-Lichtquelle, mit mindestens einer LED (1) mit einer Emission im UV, blauen und/oder grünen Spektralbereich und einer die LED (1) unmittelbar oder mittelbar umgebenden Umhüllung (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material, in dem ein Konvertermaterial (4) zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion einer von der LED (1) emittierten Strahlung (9a) in sichtbares oder infrarotes Licht (9b) einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist, wobei auf der Umhüllung (3) eine UV-undurchlässige Schicht (6) vorgesehen ist, die LED (1) auf einer Elektrode (2) angeordnet ist, die UV-reflektierend ausgebildet ist und die Elektrode (2) mit einer UV-reflektierenden Schicht (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-reflektierende Schicht (5) der Elektrode (2) sichtbares Licht absorbiert.
  2. LED-Lichtquelle, mit mindestens einer LED (1) mit einer Emission im UV, blauen und/oder grünen Spektralbereich und einer die LED (1) unmittelbar oder mittelbar umgebenden ersten Umhüllung (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material, wobei die LED (1) von einer zweiten Umhüllung (11) aus einem strahlungsdurchlässigen Material umgeben ist, welches seinerseits von der ersten Umhüllung (3) unmittelbar oder mittelbar umgeben ist und in dem ein Konvertermaterial (4) zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion einer von der LED (1) emittierten kurzwelligen Strahlung (9a) in sichtbares oder infrarotes Licht (9b) einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist, wobei auf der ersten Umhüllung (3) und/oder zwischen der ersten (3) und der zweiten Umhüllung (11) eine UV-undurchlässige Schicht (6) vorgesehen ist, die LED (1) auf einer Elektrode (2) angeordnet ist, die UV-reflektierend ausgebildet ist und die Elektrode (2) mit einer UV-reflektierenden Schicht (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-reflektierende Schicht (5) der Elektrode (2) sichtbares Licht absorbiert.
  3. LED-Lichtquelle, mit mindestens einer LED (1) mit einer Emission im UV, blauen und/oder grünen Spektralbereich und einer die LED (1) unmittelbar oder mittelbar umgebenden Umhüllung (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material, in dem ein Konvertermaterial (4) zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion einer von der LED (1) emittierten Strahlung (9a) in sichtbares oder infrarotes Licht (9b) einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist, wobei auf der Umhüllung (3) eine UV-undurchlässige Schicht (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Umhüllung (3) enthaltene Konvertermaterial (4) derart zusammengesetzt ist, dass es weißes Licht in ein charakteristisches Spektrum umwandelt, derart dass die LED-Lichtquelle bei Fremdlichteinfall und nicht eingeschalteter LED (1) in der Komplementärfarbe zu der Farbe erscheint, in der die LED-Lichtquelle mit eingeschalteter LED (1) leuchtet.
  4. LED-Lichtquelle, mit mindestens einer LED (1) mit einer Emission im UV, blauen und/oder grünen Spektralbereich und einer die LED (1) unmittelbar oder mittelbar umgebenden ersten Umhüllung (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material, wobei die LED (1) von einer zweiten Umhüllung (11) aus einem strahlungsdurchlässigen Material umgeben ist, welches seinerseits von der ersten Umhüllung (3) unmittelbar oder mittelbar umgeben ist und in dem ein Konvertermaterial (4) zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion der von der LED (1) emittierten kurzwelligen Strahlung (9a) in sichtbares oder infrarotes Licht (9b) einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist und wobei auf der ersten Umhüllung (3) und/oder zwischen der ersten (3) und der zweiten Umhüllung (11) eine UV-undurchlässige Schicht (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das in der zweiten Umhüllung (11) enthaltene Konvertermaterial (4) derart zusammengesetzt ist, dass es weißes Licht in ein charakteristisches Spektrum umwandelt, derart dass die LED-Lichtquelle bei Fremdlichteinfall und nicht eingeschalteter LED (1) in der Komplementärfarbe zu der Farbe erscheint, in der die LED-Lichtquelle mit eingeschalteter LED (1) leuchtet.
  5. LED-Lichtquelle, mit mindestens einer LED (1) mit einer Emission im UV, blauen und/oder grünen Spektralbereich und einer die LED (1) unmittelbar oder mittelbar umgebenden ersten Umhüllung (3) aus einem strahlungsdurchlässigen Material, wobei die LED (1) von einer zweiten Umhüllung (11) aus einem strahlungsdurchlässigen Material umgeben ist, welches seinerseits von der ersten Umhüllung (3) unmittelbar oder mittelbar umgeben ist und in dem ein Konvertermaterial (4) zur wenigstens teilweisen Wellenlängenkonversion einer von der LED (1) emittierten kurzwelligen Strahlung (9a) in sichtbares oder infrarotes Licht (9b) einer bestimmten Wellenlänge enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Umhüllung (3) eine UV-undurchlässige Schicht (6) vorgesehen ist.
  6. LED-Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten (3) und der zweiten Umhüllung (11) eine UV-undurchlässige Schicht (12) vorgesehen ist.
  7. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Umhüllung (11) eine UV-reflektierende Schicht (12) vorgesehen ist.
  8. LED-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-undurchlässige Schicht (6) auf der Umhüllung (3) bzw. der zweiten Umhüllung (11) als eine einseitig oder beidseitig UV-reflektierende Schicht ausgebildet ist.
  9. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (1) auf einer Elektrode (2) angeordnet ist, die UV-reflektierend ausgebildet ist.
  10. LED-Lichtquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (2) mit einer UV-reflektierenden Schicht (5) versehen ist.
  11. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (2) derart ausgebildet ist, dass sie sichtbares Licht absorbiert.
  12. LED-Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-reflektierende Schicht (5) der Elektrode (2) sichtbares Licht absorbiert.
  13. LED-Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der UV-reflektierenden Schicht (5) und der Elektrode (2) eine Absorberschicht vorgesehen ist, welche sichtbares Licht absorbiert.
  14. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (2) derart ausgebildet ist, dass sie sichtbares Licht reflektiert.
  15. LED-Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Umhüllung (3) bzw. der zweiten Umhüllung (11) enthaltene Konvertermaterial (4) derart zusammengesetzt ist, dass es weißes Licht in ein charakteristisches Spektrum umwandelt.
  16. LED-Lichtquelle nach Anspruch 9 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-undurchlässige Schicht (6) auf der Umhüllung (3) bzw. der zweiten Umhüllung (11) als eine einseitig oder beidseitig UV-reflektierende Schicht ausgebildet ist.
  17. LED-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Umhüllung (3) bzw. der zweiten Umhüllung (11) eine Farbfilterschicht oder in der Umhüllung (3) bzw. der zweiten Umhüllung (11) Farbstoffe vorgesehen ist bzw. sind.
  18. Anzeigevorrichtung mit wenigstens einer LED-Lichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10361661A1 (de) * 2003-07-14 2005-03-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Licht emittierendes Bauelement mit einem Lumineszenz-Konversionselement
JP4378242B2 (ja) * 2003-09-25 2009-12-02 株式会社小糸製作所 車両用灯具
DE102005062514A1 (de) 2005-09-28 2007-03-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
DE102006046199A1 (de) * 2006-09-29 2008-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
DE102007055003A1 (de) * 2007-11-14 2009-05-20 Carl Zeiss Surgical Gmbh Medizinische Beleuchtungseinheit
WO2009107038A1 (en) * 2008-02-27 2009-09-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emitting diode package

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19638667A1 (de) * 1996-09-20 1998-04-02 Siemens Ag Mischfarbiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit Lumineszenzkonversionselement
WO1998054929A2 (en) * 1997-05-27 1998-12-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Uv/blue led-phosphor device with efficient conversion of uv/blue light to visible light
US5962971A (en) * 1997-08-29 1999-10-05 Chen; Hsing LED structure with ultraviolet-light emission chip and multilayered resins to generate various colored lights
DE19824499A1 (de) * 1998-06-02 1999-12-09 Dambach Werke Gmbh Leuchtanzeigevorrichtung
DE19918370A1 (de) * 1999-04-22 2000-11-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED-Weißlichtquelle mit Linse

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19638667A1 (de) * 1996-09-20 1998-04-02 Siemens Ag Mischfarbiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit Lumineszenzkonversionselement
WO1998054929A2 (en) * 1997-05-27 1998-12-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Uv/blue led-phosphor device with efficient conversion of uv/blue light to visible light
US5962971A (en) * 1997-08-29 1999-10-05 Chen; Hsing LED structure with ultraviolet-light emission chip and multilayered resins to generate various colored lights
DE19824499A1 (de) * 1998-06-02 1999-12-09 Dambach Werke Gmbh Leuchtanzeigevorrichtung
DE19918370A1 (de) * 1999-04-22 2000-11-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED-Weißlichtquelle mit Linse

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