DE102004053116A1

DE102004053116A1 - Leuchtdioden-Anordnung mit Farbkonversions-Material

Info

Publication number: DE102004053116A1
Application number: DE102004053116A
Authority: DE
Inventors: Peter Pachler
Original assignee: Tridonic Optoelectronics GmbH
Current assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-05-04
Also published as: KR20070083919A; WO2006048064A1; US7777236B2; CN101088172A; US20090194776A1; KR101188566B1; CN101088172B; EP1807877A1; JP2008519444A; EP1807877B1; ATE534148T1

Abstract

Bei einer Leuchtdioden-Anordnung (1) mit einem auf einer Basis (3) angeordneten Leuchtdioden-Chip (2) sowie den Leuchtdioden-Chip (2) umgebenden Farbkonversions-Material (7), welches dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des von dem Leuchtdioden-Chip (2) abgegebenen Lichts in Licht einer anderen Wellenlänge umzusetzen, ist das Farbkonversions-Material (7) seitlich von einem Reflektor (8) umgeben, wobei der Abstand (x) von dem Leuchtdioden-Chip (2) zu dem Reflektor (8) maximal 0,5 mm beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtdioden-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche einen Leuchtdioden-Chip aufweist, der von einem Farbkonversions-Material umgeben ist, das dazu genutzt wird, zumindest einen Teil des von dem Leuchtdioden-Chip abgegebenen Lichts in Licht einer anderen Wellenlänge umzusetzen.
Den Hintergrund der vorliegenden Erfindung bildet das Gebiet der Leuchtdioden und insbesondere das Gebiet der sogenannten „weißen LEDs". Da lichtemittierende Halbleiterelemente in der Regel Licht in einer spezifischen Wellenlänge aussenden, ist die Erzeugung eines Halbleiterelements, welches unmittelbar weißes Licht abgibt, bislang noch nicht gelungen. Stattdessen sind die Halbleiterelemente derart ausgestaltet, dass sie Licht einer einzelnen Wellenlänge, beispielsweise in den Farben grün, rot oder blau emittieren. Um dennoch die Erzeugung von weißem Licht zu ermöglichen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, das Licht blauer LEDs mittels Farbkonversion in weißes Mischlicht umzusetzen. Hierbei wird ein Phosphor, das üblicherweise in eine Matrix eingebettet ist, um das Halbleiterelement – den sogenannten LED-Die – angeordnet. Das blaue Licht wird nunmehr in der Umgebung des LED-Dies durch die Phosphore absorbiert und nachfolgend in langwelligeres Licht umgesetzt. Dieses längerwellige Licht der Phosphore in Kombination mit dem nicht umgesetzten blauen Licht des Leuchtdioden-Chips resultiert dann in einem weißen Mischlicht.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Formen zur Anordnung des Farbkonversions-Materials um den LED-Die herum weisen allerdings meist den Mangel auf, dass das Licht, welches aus dem den LED-Chip umgebenen Farbkonversions-Material austritt, nicht homogen weiß ist, sondern entweder nach räumlicher Richtung eine unterschiedliche Farbe hat und/oder an der Oberfläche der Phosphorschicht eine unterschiedliche Färbung aufweist. Dies führt bei einer Bündelung und Abbildung des emittierten Lichts – beispielsweise mit Hilfe einer Linse – zu einer Verstärkung der Farbinhomogenitäten.

Die Ursache für diese Inhomogenitäten liegt darin, dass der farbkonvertierte Anteil proportional zum Weg des Lichtes durch die Phosphor/Matrix-Umgebung zunimmt.

Aufgrund der Tatsache, dass der Leuchtdioden-Chip, der üblicherweise würfel- oder quaderförmig ausgestaltet ist, in alle Richtungen Licht imitiert, ist es sehr schwierig, eine gleichmäßige Umsetzung des Lichts zu realisieren. Hieraus resultiert nun allerdings ein erheblicher Nachteil für eine nachbildende Optik, die homogen weißes Licht aus einer inhomogen lichtemittierenden Fläche realisieren soll. Typischerweise weisen weiße LEDs mit konventionellen Optiken daher eine inhomogene weiße Emission auf, deren Abbildung im Zentrum bläulich und an den Seitenrändern gelblich gefärbt ist.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Anordnungen bekannt, mit denen versucht wird, das von einem Leuchtdioden-Chip emittierte Licht möglichst homogen in ein weißes Mischlicht umzusetzen. Zwei bekannte Ausführungsformen sind in den 5 bis 7 dargestellt und sollen nachfolgend kurz besprochen werden.

Die erste bekannte Leuchtdioden-Anordnung 100 in den 5 und 6 weist zunächst einen Leuchtdioden-Chip 101 auf, der auf einer Basis 102 angeordnet ist. Die Basis 102 besteht beispielsweise aus einer thermisch leitfähigen Isolierschicht 103, an deren Oberseite sich eine elektrisch leitfähige Schicht mit Leiterbahnen 104 befindet, auf der wiederum der LED-Die 101 angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung des LED-Dies 101 erfolgt seitlich von den Leiterbahnen 104 her mittels Bonddrähten 105, die zur Oberseite des Leuchtdioden-Chips 101 führen.

Um das von dem Leuchtdioden-Chip 101 emittierte Licht farblich umzusetzen, ist dieser mit einer halbkugel-förmigen Verkapselung umgeben, die vollständig mit einem Farbkonversions-Material 106 ausgefüllt ist. Bei dieser Anordnung wird versucht, durch den annähernd gleichlangen Weg der Lichtstrahlen durch die halbkugel-förmige Verkapselung eine gleichmäßige Oberflächenfarbe zu erzielen. Der Austritt des Lichts mit einem Brechzahlübergang von n ≈ 1,4 bis 1,6 für die Verkapselung gegenüber Luft mit n = 1 sorgt entsprechend der Darstellung in 6 für eine lokale Vergleichsmäßigung der Teilabstrahlung des nicht umgesetzten blauen Lichts und des durch die Phosphore des Farbkonversions-Materials 106 farbkonvertierten Lichts. Hierdurch wird das resultierende Mischlicht hinsichtlich seiner Farbe homogenisiert.

Die bekannte Konstruktion erfordert allerdings, dass der Leuchtdioden-Chip 101 im Wesentlichen als Punkt angesehen werden kann und somit die Verkapselung wesentlich größer sein muss als die lichtemittierende Fläche am Leuchtdioden-Chip 101. Dies wiederum bringt den Nachteil mit sich, dass für eine Abbildung eines solchen Systems eine sehr große Linse benötigt wird, da für eine effektive Lichtlenkung auch für die Linse die leuchtende Oberfläche als ein angenäherter Punkt wirken sollte. Die Größe der minimal verwendbaren Halbkugel für die Farbkonversion beträgt dementsprechend in etwa das drei- bis vierfache der Kantenlänge des Leuchtdioden-Chips 101, während hingegen die Größe der Linse in etwa das zehn- bis zwanzigfache der leuchtenden Oberfläche betragen sollte.

6 zeigt eine vollständige Anordnung für eine Weißlicht-LED, bei der eine Kugelförmige Konvertergeometrie und eine die Anordnung einschließende Linse 107 eingesetzt wird. Da für die Abbildung des Lichts nur ein begrenzter Winkelbereich der Emission genutzt werden kann, ist im Falle eines halbkugelförmigen Konverters mit hohen seitlichen Lichtverlusten zu rechnen, d.h., ein bestimmter Anteil des Lichts kann aufgrund der Emissionscharakteristik nicht durch die Linse 107 abgebildet werden.

Wird hingegen anstelle eines in Form einer Halbkugel ausgestalteten Lichtkonversions-Materials eine Beschichtung mit konstanter Dicke verwendet, so ergibt sich die in 7 dargestellte Anordnung.

Diese zweite Variante einer bekannten Leuchtdioden-Anordnung 120 besteht zunächst wiederum aus einem Leuchtdioden-Chip 121, der auf einer Basis 122 bestehend aus einer Isolationsschicht 123 und einer Schicht mit Leiterbahnen 124 angeordnet ist. Wie bei der ersten bekannten Anordnung erfolgt auch hier die Kontaktierung mittels eines Bonddrahts 125, der zur Oberseite des Leuchtdioden-Chips 121 geführt ist.

Das Farbkonversions-Material 126 ist nunmehr derart angeordnet, dass es die Oberfläche des Leuchtdioden-Chips 121 allseitig und gleichmäßig mit einer konstanten Dicke bedeckt. Die das Farbkonversions-Material 126 verlassenden Lichtstrahlen werden anschließend wiederum durch eine Linse 127 gebündelt.

Wird die Beschichtung zu dünn gewählt, so ist die Elektrodenstruktur des LED-Chips 121 noch sichtbar, was bei einer Abbildung mit kleinem Abstrahlwinkel (z.B. kleiner als 10°) zu einer ungleichmäßigen Abbildung im Auflichtfeld führt. Auch kann die Elektrodenstruktur zu Farbungleichmäßigkeiten führen, wenn die Schicht des Farbkonversionsmaterials 126 sehr dünn ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn größere Bereiche des Chips 121 nicht leuchten.

Wenn die Schicht hingegen eine höhere Schichtdicke aufweist, besteht die Gefahr, dass der Rand der Schicht in einer anderen Farbe abstrahlt. Allerdings würde dann zumindest die Elektrodenstruktur nicht mehr sichtbar sein und die Farbinhomogenitäten aufgrund größerer, nicht leuchtender Elektrodenstrukturen könnten ebenfalls vermieden werden.

Bei dieser bekannten Anordnung können die von den Seitenflächen emittierten Lichtstrahlen somit nur teilweise für die Abbildung genutzt werden. Mit zunehmender Schichtdicke wird immer mehr Licht durch die Seitenflächen emittiert, wodurch der Anteil an nutzbarem Licht immer weiter reduziert wird. Auch diese bekannte Ausgestaltung weist somit Nachteile im Hinblick auf die erzielbare homogene weiße Lichtabstrahlung und die Möglichkeit der Abbildung dieser mittels einer Optik auf.

Zwischen den in den 5 bis 7 dargestellten bekannten Ausführungsformen für Leuchtdioden-Anordnungen gibt es sehr viele Zwischengeometrien, welche allerdings nicht realisiert werden, da im Wesentlichen lediglich die Bauhöhe für die in 6 dargestellte Leuchtdioden-Anordnung eine akzeptable Größe besitzt.

Eine Möglichkeit, weißes Licht ohne den Einsatz eines Farbkonversions-Materials zu erzeugen, ist in der WO 02/50472 A1 beschrieben. Diese Veröffentlichung beschreibt eine Leuchtdioden-Anordnung, bei der an der Bodenseite eines trichterförmigen Reflektors mehrere Leuchtdioden-Chips unterschiedlicher Farben angeordnet sind. Durch die Anordnung der verschiedenfarbigen Leuchtdioden-Chips sowie eine besondere Ausgestaltung des Reflektors wird erreicht, dass sich das Licht der Leuchtdioden-Chips insgesamt zu weißem Licht vermischt. Allerdings ist diese bekannte Konstruktion im Vergleich zu den in den 5 bis 7 dargestellten Lösungen, bei denen jeweils einzelne Leuchtdioden-Chips verwendet werden können, sehr aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Realisierung einer Leuchtdioden-Anordnung anzugeben, bei der das von einem Leuchtdioden-Chip abgegebene Licht mittels einem Farbkonversions-Material zur Erzeugung von Mischlicht umgesetzt wird und bei der die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebene Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll eine weißes Licht emittierende Oberfläche erzeugt werden, die mittels konventioneller Optiken homogen und ohne Farbabweichungen abgebildet werden kann.

Die Aufgabe wird durch eine Leuchtdioden-Anordnung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es wird also eine Leuchtdioden-Anordnung vorgeschlagen, welche einen auf einer Basis angeordneten Leuchtdioden-Chip sowie ein den Leuchtdioden-Chip umgebenes Farbkonversions-Material aufweist, welches dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des von dem Leuchtdioden-Chip abgegebenen Lichts in Licht einer anderen Wellenlänge umzusetzen. Erfindungsgemäß ist das Farbkonversions-Material seitlich von einem Reflektor umgeben, wobei der Abstand von dem Leuchtdioden-Chip zu dem Reflektor maximal 0,5 mm beträgt. Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen dem Leuchtdioden-Chip und dem Reflektor lediglich im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also zur Vermeidung der bekannten Farbinhomogenitäten das Farbkonversions-Material seitlich durch einen – vorzugsweise vertikal angeordneten – Reflektor begrenzt. Zwar ist es bereits bekannt, LED-Chips mit einem Reflektor bzw. reflektierenden Elementen zu umgeben, in den bekannten Fällen ist der Abstand zwischen dem Leuchtdioden-Chip und dem Reflektor allerdings deutlich größer als dies gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Die Ursache hierfür liegt darin, dass beim Stand der Technik die reflektierenden Elemente ausschließlich dazu vorgesehen sind, das von dem Leuchtdioden-Chip abgegebene Licht bereits in eine bestimmte Richtung zu bündeln. Die primäre Aufgabe des Reflektors gemäß der vorliegenden Erfindung hingegen besteht darin, den Verlauf des Lichts durch das Farbkonversions-Material zum Erzielen einer homogenen Mischlichtabgabe zu optimieren.

So wird durch den Reflektor zunächst eine seitliche Emission von Licht ausgeschlossen, welches lediglich zum Teil durch eine brechende Linse genutzt, also abgebildet werden könnte. Auf der anderen Seite erlaubt die Verwendung des Reflektors eine größere Schichtdicke für das Farbkonversions-Material oberhalb des Leuchtdioden-Chips. Diese größere Schichtdicke wiederum führt zu einer besseren Farbdurchmischung des Lichts, so dass etwaige Elektrodenstrukturen des Leuchtdioden-Chips nicht mehr durch das Farbkonversions-Material durchscheinen. Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, dass mit Hilfe des Reflektors die Größe der abzubildenden Fläche möglichst klein gehalten wird, wodurch sich die Baugröße einer eventuell verwendeten Optik, insbesondere einer Linse ebenfalls in Grenzen hält.

Vorzugsweise beträgt die Dicke des die Oberseite des Leuchtdioden-Chips überdeckenden Farbkonversions-Materials mindestens 0,05 mm, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Dicke um mindestens 0,05 mm größer ist als der Abstand zwischen dem Leuchtdioden-Chip und dem Reflektor.

Wie bereits erwähnt wurde, ist vorzugsweise eine Optik zum Bündeln des von dem Leuchtdioden-Chip abgegebenen Lichts vorgesehen. Bei dieser Optik kann es sich zum einen um eine Linse handeln, welche den Leuchtdioden-Chip und das Farbkonversions-Material umschließt. Auf der anderen Seite kann allerdings auch vorgesehen sein, dass eine Linse verwendet wird, welche – in Abstrahlrichtung gesehen – vor dem Leuchtdioden-Chip angeordnet ist. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann hierbei vorgesehen sein, dass die Linse von der Oberfläche des Farbkonversions-Materials getrennt angeordnet, insbesondere über einen Luftspalt getrennt angeordnet ist. Wie später noch näher erläutert wird, wird durch diese spezielle Ausgestaltung eine besonders gute Durchmischung und damit eine farblich homogene Lichtabstrahlung erzielt.

Der das Farbkonversions-Material vorzugsweise über seine gesamte Höhe hinweg umschließende Reflektor kann zum einen aus Metall bestehen, es wäre allerdings auch denkbar, den Reflektor diffus reflektierend auszubilden, wozu beispielsweise Teflon oder ein anderes geeignetes Material verwendet werden könnte.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung;
2 ein Schema zur Erläuterung der geometrischen Abmessungen des zur Farbumsetzung verwendeten Farbkonversions-Materials;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung;
4a u. 4b ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung, und
5–7 Leuchtdioden-Anordnungen gemäß dem Stand der Technik.
Die in 1 dargestellte und mit dem Bezugszeichen 1 versehene Leuchtdioden-Anordnung weist zunächst wiederum einen – vorzugsweise blaues Licht emittierenden – Leuchtdioden-Chip 2 auf, der auf einer Basis 3 angeordnet ist, die eine Isolationsschicht 4 sowie eine elektrisch leitfähige Schicht mit Leiterbahnen 5 aufweist, wobei von diesen Leiterbahnen Bonddrähte 6 zur Kontaktierung des Leuchtdioden-Chips 2 zu dessen Oberseite hin führt. Anzumerken ist, das die Basis 3 auch in anderer Weise ausgestaltet sein könnte. Insbesondere könnten spezielle Maßnahmen getroffen werden, welche eine effektive Wärmeableitung von dem Leuchtdioden-Chip 2 ermöglichen.
Um das von dem Leuchtdioden-Chip 2 emittierte Licht in weißes Mischlicht umzusetzen, ist ein Farbkonversions-Material 7 vorgesehen, welches den Leuchtdioden-Chip 2 umgibt und Farbkonversions-Teilchen, insbesondere Phosphore aufweist, die zumindest einen Teil des Lichts in ein Licht anderer Wellenlänge umsetzen. Erfindungsgemäß sind der Leuchtdioden-Chip 2 und das Farbkonversions-Material 7 von einer reflektierenden Wand 8 umgeben, welche beispielsweise durch einen metallischen Reflektor gebildet oder aber auch diffus reflektierend ausgestaltet sein kann und hierzu beispielsweise aus Teflon oder z.B. Bariumsulfat besteht. Im Gegensatz zu bekannten Leuchtdioden-Anordnungen ist die reflektierende Wand 8 bereits in einer Entfernung von weniger als 0,5 mm um den Leuchtdioden-Chip 2 angebracht, optimalerweise ist sie ca. 0,1 mm bis 0,2 mm von den Seitenflächen des Leuchtdioden-Chips 2 entfernt.
Durch die – vorzugsweise vertikal ausgerichtete – reflektierende Wandung 8 wird von dem Leuchtdioden-Chip 2 seitlich ausgestrahltes Licht wieder umgelenkt und damit zunächst die Größe der lichtemittierenden Fläche auf die obere Öffnung des Reflektors 8 beschränkt. Ferner wird Licht, welches seitlich aus dem Leuchtdioden-Chip 2 austritt, in dem umgebenden Farbkonversions-Material 7 zum Teil umgewandelt bzw. es wird jener Anteil, der beim erstmaligen Durchgang durch die Phosphor-Teilchen nicht absorbiert und umgesetzt wurde, an der Reflexionswand 8 reflektiert wird und nachfolgend wieder zurückgeleitet, bis auch dieses Licht eine weiße spektrale Verteilung aufweist und an der Oberseite des Farbkonversions-Materials 7 austritt.
Die Anordnung bestehend aus dem LED-Chip 2, dem Farbkonversions-Material 7 und dem Reflektor 8 ist schließlich noch von einer Optik umgeben, die durch eine Linse 9 gebildet wird, welche die Anordnung umschließt. Die Linse 9 ist derart ausgestaltet, dass sie lediglich in ihrem oberen Bereich eine gekrümmte Oberfläche aufweist, um das an der Oberseite des Farbkonversions-Materials 7 austretende Licht in gewünschter Weise abzubilden. Der untere zylinderförmige Bereich der Linse hingegen besitzt keine optische Funktion, da aufgrund der Eingrenzung des lichtemittierenden Bereichs mit Hilfe des Reflektors 8 in diesen Bereichen ohnehin kein Licht austritt. Der Reflektor 8 gestattet es somit, eine sehr einfach und kompakt ausgestaltete Linse einzusetzen, welche trotz allem das von dem Leuchtdioden-Chip emittierte und ggf. durch das Farbkonversions-Material 7 umgesetzte Licht vollständig abbildet. Seitlich austretendes Licht hingegen, welches eine nicht gewünschte Farbmischung aufweist und demzufolge nicht genutzt werden könnte, liegt bei der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung nicht vor.
Die besonderen Abmessungen der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung 1 sind nochmals in 2 verdeutlicht, welche einen Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung zeigt. Wie dieser Darstellung entnommen werden kann, ist der Abstand zwischen der Seitenfläche des Leuchtdioden-Chips 2 und dem Reflektor 8 mit x bezeichnet, während hingegen der Abstand von der Oberfläche des Leuchtdioden-Chips 2 zur Oberfläche des Farbkonversions-Materials 7 mit h bezeichnet ist. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Abstand x zwischen dem Leuchtdioden-Chip und dem Reflektor 8 erfindungsgemäß sehr klein gewählt und beträgt maximal 0,5 mm, vorzugsweise lediglich 0,1 mm bis 0,2 mm. Die Höhe h der Farbkonversions-Schicht 7 hingegen beträgt mindestens 0,05 mm und wird vorzugsweise derart gewählt, dass für die minimale Höhe gilt h_min = 0,05 mm + x. Eine obere Begrenzung für die Höhe h der Farbkonversions-Schicht besteht im Prinzip nicht, da die Erzeugung des Mischlichts optimiert wird, je größer die Höhe ist. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, ist die Wahrscheinlichkeit für die Umsetzung des von dem Leuchtdioden-Chip 2 abgegebenen Lichts proportional zur Weglänge des Lichts durch das Farbkonversions-Material 7, weshalb zum Erzielen einer homogenen Lichtabgabe eine möglichst große Dicke angestrebt werden sollte. Aus fertigungstechnischen Gründen jedoch wird bevorzugt eine Obergrenze für die Dicke h von 3 mm gewählt, da insgesamt gesehen auch eine möglichst kompakte und flache Ausgestaltung der Leuchtdioden-Anordnung angestrebt wird.
Ein Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer Leuchtdioden-Anordnung besteht bei der Anordnung in 2 darin, dass nunmehr die elektrische Kontaktierung des Leuchtdioden-Chips 2 nicht mehr über Bonddrähte erfolgt. Stattdessen ist der Chip 2 in der dargestellten Ausführungsform „face down", also verkehrt angeordnet. Die Kontaktierung erfolgt in einem derartigen Fall mittels sogenannter Bumps 10, welche unmittelbar eine Kontaktierung von der Schicht mit den Leiterbahnen 5 zur Oberfläche des Chips 2 herstellen. Diese oftmals auch als Flip-Chip-Technologie bezeichnete Anordnung des Leuchtdioden-Chips 2 auf der Basis 3 bringt u.a. auch Vorteile im Hinblick auf die erzielbare Lichtstärke mit sich, da bei dieser Montagetechnik eine verbesserte Lichtabgabe erzielt werden kann. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass keine Bonddrähte erforderlich sind und damit eine schattenfreie Abstrahlfläche erhalten wird. Eine vollständige Anordnung einer Leuchtdioden-Anordnung, bei der dann der Reflektor 8 mit dem Farbkonversions-Material 7 und dem Leuchtdioden-Chip 2 wiederum von einer Linsenanordnung 9 umgeben ist, ist in 3 dargestellt.
Bei den beiden zuvor besprochenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wurden das Farbkonversions-Material 7 und der Reflektor 8 unmittelbar von der die Linse 9 bildenden Optik eingeschlossen. Die 4a und 4b zeigen nunmehr ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Anordnung 1, bei der eine sogenannte Vorsatzlinse 11 zum Einsatz kommt, die mit Distanz zu der Oberfläche des Farbkonversions-Materials 7 angeordnet ist. Die Leuchtdioden-Anordnung 1 weist zunächst wiederum die gleichen Elemente wie das Ausführungsbeispiel von 3 auf, wobei gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zusätzlich sind nunmehr allerdings auf der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht mit den Leiterbahnen 5 Abstandhalter 12 angeordnet, an deren Oberseite die Vorsatzlinse 11 angeordnet ist. Die Höhe der Abstandhalter 12, die beispielsweise durch eine weitere Isolationsschicht gebildet sein können, ist derart gewählt, dass die Vorsatzlinse 11 über einen kleinen Luftspalt 13 von dem Farbkonversions-Material 7 getrennt ist. Hierdurch wird eine besonders effiziente Abbildung des von der Oberseite des Farbkonversions-Materials 7 ausgehenden Lichts ermöglicht.
Das Licht nämlich, dass durch die Oberfläche des Farbkonversions-Materials 7 austritt, wird nunmehr über den Luftspalt 13 in die Vorsatzlinse 11 eingekoppelt. Beim Austritt aus dem Farbkonversions-Material 7 ist das Licht aufgrund der Steuerung durch das Phosphormaterial und des Brechzahlübergangs von dem Phosphormatrixmaterial auf Luft lambersch verteilt, d.h. die Lichtabgabe ist in alle Richtungen hin gesehen im wesentlichen gleich groß. Diese Verteilung wiederum wird beim Eintritt in die Vorsatzlinse 11 entsprechend der Brechzahl der Linse auf einen Bereich von beispielsweise ±41,8° gebündelt, für den Fall, dass die Brechzahl der Vorsatzlinse 11 n = 1,5 beträgt. Dieser Effekt ist in 4b dargestellt. Beim Austritt aus der Linse 11 müssen die Lichtstrahlen dann z.B. für eine 40°-Linse nunmehr maximal um 21,8° umgelenkt werden, was ohne größeren Aufwand realisiert und insbesondere ohne größere Verluste durchgeführt werden kann.
Der dargestellte Aufbau mit dem durch einen Reflektor seitlich begrenzten Farbkonversions-Material bietet somit die Möglichkeit, Licht – mit Ausnahme der Fresnelreflexionen – zu nahezu 100% abzubilden. Im Vergleich zum Stand der Technik kann damit der Nutzlichtanteil innerhalb eines gewünschten Zielbereichs wesentlich erhöht werden. Gleichzeitig wird eine effektivere Farbdurchmischung erzielt, durch die sichergestellt ist, dass auch mittels einer Linse oder einer anderweitigen konventionellen Optik weißes Mischlicht in effektiver Weise homogen abgebildet werden kann.

Claims

Leuchtdioden-Anordnung (1), aufweisend: • einen auf einer Basis (3) angeordneten Leuchtdioden-Chip (2) sowie • den Leuchtdioden-Chip (2) umgebendes Farbkonversions-Material (7), welches dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des von dem Leuchtdioden-Chip (2) abgegebenen Lichts in Licht einer anderen Wellenlänge umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbkonversions-Material (7) seitlich von einem Reflektor (8) umgeben ist, wobei der Abstand (x) von dem Leuchtdioden-Chip (2) zu dem Reflektor (8) maximal 0,5 mm beträgt.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (x) von dem Leuchtdioden-Chip (2) zu dem Reflektor (8) im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,2 mm liegt.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (8) das Farbkonversions-Material (7) über seine gesamt Höhe hinweg umschließt.
Leuchtdioden-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (8) vertikal ausgerichtet ist.
Leuchtdioden-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (h) des die Oberseite des Leuchtdioden-Chips (2) überdeckenden Farbkonversions-Materials (7) mindestens 0,05 mm beträgt.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (h) des die Oberseite des Leuchtdioden-Chips (2) überdeckenden Farbkonversions-Materials (7) um mindestens 0,05 mm größer ist als der Abstand (x) zwischen dem Leuchtdioden-Chip (2) und dem Reflektor (8).
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (h) des die Oberseite des Leuchtdioden-Chips (2) überdeckenden Farbkonversions-Materials (7) maximal 3 mm beträgt.
Leuchtdioden-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Optik zum Bündeln des von dem Leuchtdioden-Chip (2) abgegebenen Lichts.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik durch eine Linse (9) gebildet ist, welche den Leuchtdioden-Chip (2) und das Farbkonversions-Material (7) umschließt.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik durch eine Linse (11) gebildet wird, welche – in Abstrahlrichtung gesehen – vor dem Leuchtdioden-Chip (2) angeordnet ist.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (11) von der Oberfläche des Farbkonversions-Materials (7) getrennt angeordnet ist.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (11) von der Oberfläche des Farbkonversions-Materials (7) durch einen Luftspalt getrennt ist.
Leuchtdioden-Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (8) aus Metall besteht.
Leuchtdioden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (8) diffus reflektierend ausgebildet ist.
Leuchtdioden-Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor aus Teflon besteht.