DE102005000986A1

DE102005000986A1 - Lichtemissionsmodul und Leuchte für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102005000986A1
Application number: DE200510000986
Authority: DE
Inventors: Hisayoshi Shizuoka Daicho; Hitoshi Shizuoka Takeda; Yasuaki Shizuoka Tsutsumi; Hidekatsu Hidekazu Hayama; Kenji Kyoto Yamada
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2025-01-08
Also published as: JP4231418B2; US20060291226A1; FR2864879B1; DE102005000986B4; JP2005197476A; CN1638166A; FR2864879A1; US7385349B2

Abstract

Ein Lichtemissionsmodul zur Erzeugung von Licht weist eine Halbleiter-Lichtemissionseinheit zur Erzeugung von Licht auf, mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen, deren Durchmesser jeweils kleiner ist als die Hälfte der Wellenlänge des Lichts, das von dem Lichtemissionsmodul erzeugt wird, und die dazu dienen, Fluoreszenzlicht entsprechend dem von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugten Licht auszusenden, und ein Bindemittel zum Festhalten der Nano-Leuchtstoffteilchen in Form einer Schicht, welche eine Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit abdeckt. Weiterhin weist eine Leuchte für Fahrzeuge das Lichtemissionsmodul auf.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Auslandspriorität der japanischen Patentanmeldung Nr. JP2004-002442, eingereicht am 07. Januar 2004, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtemissionsmodul und eine Leuchte für Fahrzeuge.

Im Stand der Technik ist ein Lichtemissionsmodul zur Erzeugung weißen Lichtes durch Nutzung einer Halbleiter-Lichtemissionseinheit und eines Leuchtstoffs bekannt (vgl. beispielsweise Ohm MOOK Lichtreihen Nr. 1 "Optisches Gerät" Ohmsha, 25. November 1002). Der Leuchtstoff erzeugt Fluoreszenzlicht entsprechend dem Licht, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit ausgesandt wird.

Bei dem Lichtemissionsmodul ist ein Leuchtstoff beispielsweise in Form einer Schicht über der Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit vorgesehen. Allerdings weist in diesem Fall die Leuchtstoffschicht eine bestimmte Dicke auf. Aus diesem Grund wird manchmal Licht, das von einem Leuchtstoff in Form einer unteren Schicht erzeugt wird, durch einen Leuchtstoff abgefangen, der eine obere Schicht darstellt. In diesen Fällen geht ein Teil des von dem Leuchtstoff erzeugten Lichtes verloren. Aus diesem Grund wird die externe Quantenausbeute des Lichtemissionsmoduls verringert. Daher ist es im Stand der Technik schwierig, ein Lichtemissionsmodul mit einer hohen externen Quantenausbeute zur Verfügung zu stellen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Lichtemissionsmoduls und einer Leuchte für Fahrzeuge, welche zumindest das voranstehend geschilderte, beim Stand der Technik aufstehende Problem lösen können.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Lichtemissionsmodul zur Erzeugung von Licht, das eine Halbleiter-Lichtemissionseinheit zur Erzeugung von Licht aufweist, mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen, welche Durchmesser aufweisen, die kleiner sind als die Hälfte der Wellenlänge des Lichts, das von dem Lichtemissionsmodul erzeugt wird, und dazu dienen, Fluoreszenzlicht entsprechend dem von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugten Lichts auszusenden, und ein Bindemittel zum Haltern der Nano-Leuchtstoffteilchen wie eine Schicht, die eine Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit abdeckt.

Die Nano-Leuchtstoffteilchen können einen Durchmesser von etwa 2 bis 10 nm aufweisen. Die Nano-Leuchtstoffteilchen können einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als etwa 10 nm, und kleiner oder gleich einem Vierteil der Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Weiterhin kann die Halbleiter-Lichtemissionseinheit Ultraviolettlicht erzeugen, und können die Nano-Leuchtstoffteilchen sichtbares Licht entsprechend dem Ultraviolettlicht erzeugten, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugt wird.

Das Bindemittel kann aus einem Fluorharz oder einem Dimethylsilikonharz bestehen, um die Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit mit den darin enthaltenen Nano-Leuchtstoffteilchen abzudecken.

Weiterhin kann das Bindemittel aus einem Silsesquioxanharz bestehen, um die Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit mit den darin enthaltenen Nano-Leuchtstoffteilchen abzudecken, und kann eine Seitenkette des Silsesquioxanharzes ein Alkyd sein, das keine Doppelbindung aufweist, oder eine alizyklische Gruppe.

Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, weiterhin mehrere Metalloxidteilchen vorzusehen, die einen Durchmesser im wesentlichen kleiner oder gleich der halben Wellenlänge von Ultraviolettlicht aufweisen, und in dem Bindemittel zusammen mit den Nano-Leuchtstoffteilchen festgehalten werden.

Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, weiterhin ein Dichtungsteil vorzusehen, das aus einem Material besteht, welches sichtbares Licht durchlässt, und das Bindemittel und die Halbleiter-Lichtemissionseinheit abdichtet, um das Bindemittel und die Halbleiter-Lichtemissionseinheit abzudecken, wobei die Nano-Leuchtstoffteilchen, die in dem Bindemittel festgehalten werden, das gesamte Ultraviolettlicht, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugt wird, in sichtbares Licht umwandeln können. Darüber hinaus kann das Dichtungsteil aus einem Epoxyharz bestehen.

Weiterhin ist es ebenfalls möglich, darüber hinaus mehrere Leuchtstoffteilchen mit großem Durchmesser vorzusehen, die einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als die Hälfte der Wellenlänge des sichtbaren Lichts, und die dazu dienen, sichtbares Licht zu erzeugen, das eine andere Wellenlänge aufweist als das sichtbare Licht, das von den Nano-Leuchtstoffteilchen entsprechend dem Ultraviolettlicht erzeugt wird, wobei das Bindemittel eine erste Halteschicht aufweisen kann, die so ausgebildet ist, dass sie die Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit abdeckt, und die dazu dient, die Leuchtstoffteilchen mit großem Durchmesser auf der Lichtaussendeoberfläche festzuhalten, sowie eine zweite Halteschicht, die entgegengesetzt zur Lichtaussendeoberfläche angeordnet ist, wobei die erste Halteschicht dazwischen angeordnet ist, und die dazu dient, die Nano-Leuchtstoffteilchen auf der ersten Halteschicht festzuhalten, wobei die Leuchtstoffteilchen mit großem Durchmesser, die in der ersten Halteschicht festgehalten werden, einen Teil des Ultraviolettlichts, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugt wird, in sichtbares Licht umwandelt, die erste Halteschicht an die zweite Halteschicht einen Teil des Ultraviolettlichts überträgt, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugt wird, und des sichtbaren Lichts, das von den Leuchtstoffteilchen mit großem Durchmesser erzeugt wird, wobei die in der zweiten Halteschicht festgehaltenen Nano-Leuchtstoffteilchen das gesamte Ultraviolettlicht, das von der ersten Halteschicht einfällt, in sichtbares Licht umwandeln, und die zweite Halteschicht das sichtbare Licht, das von den Leuchtstoffteilchen mit großem Durchmesser erzeugt wird, und das sichtbare Licht, das von den Nano-Leuchtstoffteilchen erzeugt wird, nach außerhalb des Bindemittels durchlässt.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Leuchte für Fahrzeuge, welche Licht erzeugt, und ein Lichtemissionsmodul zur Erzeugung von Licht aufweist, und ein Optikbauteil zum Abstrahlen des von dem Lichtemissionsmodul erzeugten Lichts nach außerhalb der Leuchte, wobei das Lichtemissionsmodul eine Halbleiter-Lichtemissionseinheit zur Erzeugung von Licht aufweist, mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen, die einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als die Hälfte der Wellenlänge des Lichts, das von dem Lichtemissionsmodul erzeugt wird, und dazu dienen, Fluoreszenzlicht entsprechend dem Licht zu erzeugen, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugt wird, und ein Bindemittel zum Festhalten der Nano-Leuchtstoffteilchen in Form einer Schicht, die eine Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit abdeckt.

Weiterhin kann die Erfindung auch in jeder Unterkombination der voranstehend geschilderten Merkmalsgruppen bestehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 eine Perspektivansicht einer Leuchte für Fahrzeuge gemäß einer beispielhaften, nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Horizontalschnittansicht, welche die Leuchte für Fahrzeuge gemäß der beispielhaften, nichteinschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Schnittansicht entlang CC, die ein LED-Modul gemäß der beispielhaften, nicht-einschränkenden Ausführungsform zeigt;
4 eine Aufsicht auf das LED-Modul gemäß der beispielhaften, nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine Ansicht auf ein Beispiel für Einzelheiten des Aufbaus einer Lichtemissionsdiodeneinheit und eines Fluoreszenzabschnitts gemäß der beispielhaften, nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine Detailansicht eines Dichtungsteils gemäß der beispielhaften, nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine Tabelle mit einer Darstellung der Ergebnisse eines Lichtwiderstandsversuches für ein Bindemittel gemäß der beispielhaften, nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Ansicht auf ein weiteres, nichteinschränkendes Beispiel für Einzelheiten des Aufbaus der Lichtemissionsdiodeneinheit und des Fluoreszenzabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9 eine Ansicht eines weiteren, nicht-einschränkenden Beispiels für Einzelheiten des Aufbaus der Lichtemissionsdiodeneinheit und des Fluoreszenzabschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zwar wird die Erfindung nachstehend genauer unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, jedoch soll hierdurch die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt werden, und sind nicht sämtliche Merkmalskombinationen, die anhand der Ausführungsform beschrieben werden, unbedingt zur Lösung der technischen Aufgabe erforderlich.
Die 1 und 2 zeigen eine beispielhafte, nichteinschränkende Ausführungsform des Aufbaus einer Leuchte 10 für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Perspektivansicht, welche die Leuchte 10 für Fahrzeuge zeigt. 2 ist eine Horizontalschnittansicht, welche die Leuchte 10 für Fahrzeuge in einer Horizontalebene zeigt, welche eine Lichtquelleneinheit 20 in einer mittleren Stufe kreuzt. Diese Ausführungsform dient zur effizienten Erzeugung von Licht durch einen Leuchtstoff, der in einem LED-Modul 100 vorgesehen ist.
Die Leuchte 10 ist ein Scheinwerfer zum Einsatz in Fahrzeugen wie beispielsweise einem Automobil, und strahlt Licht in Vorwärtsrichtung eines Fahrzeugs ab. Die Leuchte 10 für Fahrzeuge weist mehrere Lichtquelleneinheiten 20 auf, eine Abdeckung 12, einen Leuchtenkörper 14, eine Schaltungseinheit 16, mehrere Abstrahlteile 24, einen Verlängerungsreflektor 26, sowie Kabel 22 und 26.
Jede der Lichtquelleneinheiten 20 weist ein LED-Modul 100 und eine Linse 204 auf. Das LED-Modul 100 ist ein Beispiel für ein Lichtemissionsmodul, und erzeugt weißes Licht entsprechend der Energie, die von der Schaltungseinheit 16 über das Kabel 22 empfangen wird. Die Linse 204 ist ein Beispiel für ein Optikbauteil, und strahlt Licht, das von dem LED-Modul 100 ausgesandt wird, nach außerhalb der Leuchte 10 ab.
Daher strahlt die Lichtquelleneinheit 20 Licht mit einem Lichtverteilungsmuster in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs ab, auf Grundlage des Lichts, das von dem LED-Modul 100 erzeugt wird. Die Lichtquelleneinheit 20 ist auf dem Leuchtenkörper 14 verkippbar gehaltert, mit Hilfe eines Ausrichtungsmechanismus zur Einstellung der Richtung der optischen Achse der Lichtquelleneinheit 20, wobei dies ein nicht-einschränkendes Beispiel darstellt. Die Lichtquelleneinheit 20 kann so auf dem Leuchtenkörper 14 gehaltert sein, dass die Richtung der optischen Achse um annähernd 0,3 bis 0,6 Grad nach unten weist, wobei dies ein nicht-einschränkendes Beispiel darstellt, in einem Fall, in welchem die Leuchte 10 für Fahrzeuge an einer Karosserie angebracht ist.
Die Lichtquelleneinheiten 20 können identische oder ähnliche Lichtverteilungseigenschaften aufweisen, oder können im wesentlichen voneinander verschiedene Lichtverteilungseigenschaften aufweisen. Bei einem anderen Beispiel kann eine Lichtquelleneinheit 20 mehrere LED-Module 100 aufweisen. Die Lichtquelleneinheit 20 kann einen Halbleiterlaser als Lichtquellenmodul anstelle des LED-Moduls 100 aufweisen, wobei dies nur ein Beispiel ist.
Die Abdeckung 12 und der Leuchtenkörper 14 bilden das Leuchtengehäuse der Leuchte 10 für Fahrzeuge, und die Lichtquelleneinheiten 20 sind in dem Leuchtengehäuse aufgenommen. Es ist vorzuziehen, dass die Abdeckung 12 und der Leuchtenkörper 14 die Lichtquelleneinheit 20 luftdicht und wasserdicht ausbilden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Die Abdeckung 12 ist lichtdurchlässig ausgebildet, und besteht aus einem Material, welches das Licht durchlässt, das von dem LED-Modul 100 ausgesandt wird, und ist auf der vorderen Oberfläche des Fahrzeugs so vorgesehen, dass sie das Vorderteil der Lichtquelleneinheiten 20 abdeckt. Der Leuchtenkörper 14 ist so ausgebildet, dass er die Lichtquelleneinheiten 20 von der Rückseite aus abdeckt, entgegengesetzt zur Abdeckung 12, wobei die Lichtquelleneinheiten 20 dazwischen angeordnet sind. Der Leuchtenkörper 14 kann einstückig oder vereinigt mit der Karosserie des Fahrzeugs ausgebildet sein.
Die Schaltungseinheit 16 stellt ein Modul dar, in welchem ein Lichtstromkreis zum Einschalten des LED-Moduls 100 vorgesehen ist. Die Schaltungseinheit 16 ist elektrisch mit der Lichtquelleneinheit 20 über das Kabel 22 verbunden. Weiterhin ist die Schaltungseinheit 16 elektrisch mit der Außenseite der Leuchte 10 für Fahrzeuge über das Kabel 26 verbunden.
Die Abstrahlteile 24 sind Kühlkörper, die in Berührung mit zumindest einem Teil der Lichtquelleneinheiten 20 stehen. Das Abstrahlteil 24 besteht aus einem Material, das ein höheres Wärmeleitvermögen als Luft aufweist, beispielsweise, jedoch nicht einschränkend, aus einem Metall. Das Abstrahlteil 24 kann sich zusammen mit der Lichtquelleneinheit 20 innerhalb eines Bereiches bewegen, in welchem die Lichtquelleneinheit 20 in Bezug auf den Drehpunkt beispielsweise des Ausrichtungsmechanismus bewegt wird, und weist einen ausreichenden Bereich zur Einstellung der optischen Achse der Lichtquelleneinheit 20 in Bezug auf den Leuchtenkörper 14 auf. Die Abstrahlteile 24 können wahlweise einstückig oder vereinigt aus einem Metallteil bestehen. In diesem Fall kann Wärme wirksam von den gesamten Abstrahlteilen 24 abgestrahlt werden.
Der Verlängerungsreflektor 28 ist ein reflektierender Spiegel, der durch eine dünne Metallplatte über der Abdeckung 12 vom unteren Teil der Lichtquelleneinheiten 20 gebildet wird, wobei dies ein Beispiel darstellt. Der Verlängerungsreflektor 28 ist so ausgebildet, dass er zumindest einen Teil der inneren Oberfläche des Leuchtenkörpers 14 abdeckt. Daher wird die Form der inneren Oberfläche des Leuchtenkörpers 14 verborgen, und kann das Erscheinungsbild der Leuchte 10 für Fahrzeuge verbessert werden.
Weiterhin gelangt zumindest ein Teil des Verlängerungsreflektors 28 in Berührung mit der Lichtquelleneinheit 20 und/oder dem Abstrahlteil 24. In diesem Fall dient der Verlängerungsreflektor 28 dazu, als Wärmeleitungsteil zum Ableitender von dem LED-Modul 100 erzeugten Wärme an die Abdeckung 12 zu dienen. Daher veranlasst der Verlängerungsreflektor 28 das LED-Modul 100 dazu, Wärme abzustrahlen. Weiterhin ist ein Teil des Verlängerungsreflektors 28 an der Abdeckung 12 oder am Leuchtenkörper 14 befestigt. Der Verlängerungsreflektor 28 kann in Form eines Rahmens ausgebildet sein, um das obere, das untere Teil und die Seitenteile der Lichtquelleneinheiten 20 abzudecken.
Bei diesem Beispiel wird ermöglicht, die Abmessungen der Lichtquelleneinheiten 20 zu verringern, durch Verwendung des LED-Moduls 100 als Lichtquelle. Daher kann das Ausmaß der Freiheit für die Anordnung der Lichtquelleneinheit 20 vergrößert werden. Hierdurch wird ermöglicht, eine Leuchte 10 für Fahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die viel Freiheit für das Design lässt.
Die 3 und 4 zeigen ein nicht-einschränkendes Beispiel für den Aufbau des LED-Moduls 100. 3 ist eine Schnittansicht entlang CC des LED-Moduls 100. 4 ist eine Aufsicht auf das LED-Modul 100. Das LED-Modul 100 weist ein Substrat 112 auf, mehrere Elektroden 104, einen Hohlraum 109, einen Halteabschnitt 118, ein Dichtungsteil 108, eine Lichtemissionsdiodeneinheit 102, und einen Fluoreszenzabschnitt 106.
Das Substrat 112 ist ein plattenförmiges Teil, das zur Anbringung der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 auf einer oberen Oberfläche und zur Befestigung der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 an dieser dient. Das Substrat 112 enthält eine Verdrahtung zur elektrischen Verbindung der Elektrode 104 mit der Lichtemissionsdiodeneinheit 102, und liefert Energie, die von den Elektroden 104 empfangen wird, an die Lichtemissionsdiodeneinheit 102. Die Elektroden 104 liefern Energie, die von außerhalb des LED-Moduls 100 empfangen wird, an die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 über das Substrat 112. Der Hohlraum 109 ist auf dem Substrat 112 so ausgebildet, dass er die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 umgibt, und haltert in sich den Fluoreszenzabschnitt 106.
Der Halteabschnitt 118 haltert die Elektroden 104, das Substrat 112, den Hohlraum 109, und das Dichtungsteil 108. Darüber hinaus ist zumindest ein Teil des Halteabschnitts 118 aus einem Material ausgebildet, das ein höhere Wärmeleitvermögen als Luft aufweist, beispielsweise aus einem Metall, und überträgt Wärme, die von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird, nach außerhalb des LED-Moduls 100.
Die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 ist ein Beispiel für eine Halbleiter-Lichtemissionseinheit zur Erzeugung von Licht, und dient dazu, Ultraviolettlicht entsprechend der Energie zu erzeugen, die von außerhalb des LED-Moduls 100 über die Elektrode 104 und das Substrat 112 empfangen wird. Bei einem anderen Beispiel kann etwa die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 blaues Licht anstelle von Ultraviolettlicht erzeugen. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und kann jede Farbe verwendet werden, wie dies Fachleuten bekannt ist. Darüber hinaus kann das LED-Modul 100 beispielsweise eine Laserdiodeneinheit als Halbleiter-Lichtemissionseinheit aufweisen.
Der Fluoreszenzabschnitt 106 ist in den Hohlraum 109 eingefüllt, wodurch die Oberfläche der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 abgedeckt wird, und erzeugt rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht in Abhängigkeit von dem Ultraviolettlicht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird. Dies führt dazu, dass das LED-Modul 100 weißes Licht erzeugt. In jenem Fall, in welchem die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 blaues Licht erzeugt, kann der Fluoreszenzabschnitt 106 Licht mit gelber Farbe erzeugen, der Komplementärfarbe zur Farbe Blau, abhängig von dem blauen Licht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird. In diesem Fall erzeugt das LED-Modul 100 weißes Licht auf Grundlage des blauen Lichtes und des gelben Lichtes, die von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 bzw. dem Fluoreszenzabschnitt 106 erzeugt werden.
Das Dichtungsteil 108 ist ein Formteil zum Abdichten der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 und des Fluoreszenzabschnitts 106. Das Dichtungsteil 108 besteht aus einem für weißes Licht durchlässigen Material, und ist gegenüberliegend der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 angeordnet, mit dem Fluoreszenzabschnitt 106 dazwischen. Daher lässt das Dichtungsteil 108 das von dem Fluoreszenzabschnitt 106 erzeugte Licht durch, und sendet dieses Licht nach außerhalb des LED-Moduls 100 aus. Das LED-Modul 100 kann ordnungsgemäß weißes Licht erzeugen, und dieses weiße Licht nach außerhalb abstrahlen.
Bei einem anderen Beispiel kann das LED-Modul 100 mehrere Lichtemissionsdiodeneinheiten 102 aufweisen. In diesem Fall ist beispielsweise der Fluoreszenzabschnitt 106 so ausgebildet, dass er gemeinsam die Lichtemissionsdiodeneinheiten 102 abdeckt. Darüber hinaus dichtet das Dichtungsteil 108 die Lichtemissionsdiodeneinheiten 102 und den Fluoreszenzabschnitt 106 ab.
5 zeigt ein Beispiel für Einzelheiten des Aufbaus der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 und des Fluoreszenzabschnitts 106, zusammen mit dem Substrat 112 und dem Hohlraum 109. Zur Erleichterung der Beschreibung entsprechen die Maßstabsverhältnisse nicht unbedingt der Realität, und sind nicht notwendigerweise proportional. Die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 weist mehrere Elektroden 412a und 412b auf, ein Saphirsubstrat 410, und ist durch Flip-Chip-Montage auf dem Substrat 112 so angebracht, dass das Saphirsubstrat 410 und das Substrat 112 einander so gegenüberliegen, dass sich die Halbleiterschicht 408 dazwischen befindet. Die Elektroden 412a und 412b sind Lötstellen, welche die Halbleiterschicht 408 elektrisch mit dem Substrat 112 verbinden.
Das Saphirsubstrat 410 überträgt das von der Halbleiterschicht 408 erzeugte Licht an das Dichtungsteil 108. Das Saphirsubstrat 410 strahlt das durchgelassene Licht an den Fluoreszenzabschnitt 106 ab, von einer gegenüberliegenden Oberfläche 110, an das Dichtungsteil 108. Die gegenüberliegende Oberfläche 110 ist eben und beispielsweise quadratisch mit einer Seitenlänge von 1 mm.
Die Halbleiterschicht 408 wird durch Kristallwachstum über einer rückwärtigen Oberfläche 114 der entgegengesetzten Oberfläche 110 in dem Saphirsubstrat 410 erzeugt, und erzeugt Licht zum Saphirsubstrat 410 hin. Bei dem Beispiel weist die Halbleiterschicht 408 eine GaN-Schicht 402 des N-Typs auf, eine InGaN-Schicht 404, und eine GaN-Schicht 406 des P-Typs. Die GaN-Schicht 402 des N-Typs, die InGaN-Schicht 404, und die GaN-Schicht 406 des P-Typs sind hintereinander auf der rückwärtigen Oberfläche 114 des Saphirsubstrats 410 angeordnet. Die Halbleiterschicht 408 kann noch eine weitere Schicht zwischen diesen Schichten aufweisen.
Bei dem Beispiel erzeugt die Halbleiterschicht 408 Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von annähernd 360 bis 380 nm zum Saphirsubstrat 410 hin, abhängig von der Energie, die über die Elektroden 412a und 412b und das Substrat 112 empfangen wird, wobei dies ein Beispiel darstellt. Daher erzeugt die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 Ultraviolettlicht zum Fluoreszenzabschnitt 106 hin, wobei die entgegengesetzte Oberfläche 110 des Saphirsubstrats 410 als Lichtaussendeoberfläche dient. Bei einem anderen Beispiel kann die Halbleiterschicht 408 blaues Licht zum Saphirsubstrat 410 hin erzeugen.
Der Fluoreszenzabschnitt 106 weist ein Bindemittel 604 und mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen 602 auf. Bei dem Beispiel weist der Fluoreszenzabschnitt 106 mehrere Arten von Nano-Leuchtstoffteilchen 602 auf, zur Erzeugung von Licht mit unterschiedlichen Farben. Das Bindemittel 604 besteht aus einem Silikonharz oder einem Fluorharz, und deckt die entgegengesetzte Oberfläche 112 so ab, dass sie die Lichtaussendeoberfläche der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 darstellt. Weiterhin ist in dem Bindemittel 604 eine Anzahl an Nano-Leuchtstoffteilchen 602 vorhanden. Daher hält das Bindemittel 604 die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 wie eine Schicht, welche die Lichtaussendeoberfläche der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 abdeckt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 mit gleichförmiger Dichte in dem Bindemittel 604 verteilt sind. Die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 werden in dem Bindemittel 604 durch Einsatz eines Ultraschall-Homogenisierapparats verteilt, wobei dies ein nicht-einschränkendes Beispiel darstellt.
Bei einer anderen, nicht-einschränkenden, beispielhaften Ausführungsform können die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 in dem Dichtungsteil 108 anstelle des Bindemittels 604 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann der Fluoreszenzabschnitt 106 eine einzige Art an Nano-Leuchtstoffteilchen 602 enthalten. Beispielsweise, jedoch nicht einschränkend, kann dann, wenn die Halbleiter-Lichtemissionseinheit 102 blaues Licht erzeugt, der Fluoreszenzabschnitt 106 Nano-Leuchtstoffteilchen 602 zur Erzeugung gelben Lichtes entsprechend dem blauen Licht aufweisen.
Das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 ist ein Leuchtstoffteilchen zur Erzeugung von Fluoreszenzlicht entsprechend dem Ultraviolettlicht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird. Jeweilige Arten von Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugen rotes Licht, grünes Licht, bzw. blaues Licht, in, Abhängigkeit von dem Ultraviolettlicht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird. Bei einem anderen Beispiel kann das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 Licht mit gelber Farbe erzeugen, also der Komplementärfarbe zur Farbe Blau, in Abhängigkeit von dem blauen Licht, das von der Halbleiterschicht 408 erzeugt wird.
Weiterhin wird das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 so hergestellt, dass ein Kristall mit einem Grundstoff aus ZnS, CdS, ZnSe oder CdSe mit entweder Mn2+, Eu3+, Tb3+ oder Te als Aktivzentrum dotiert wird. Jedes der Nano-Leuchtstoffteilchen 602 enthält beispielsweise 10² bis 10⁴ Atome oder Ionen als Aktivzentren.
Es ist vorzuziehen, dass der Radius R des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 kleiner oder gleich dem Bohr'schen Radius a_B als Exciton in dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 ist. In diesem Fall wird der Überlapp der Wellenfunktion eines Elektrons und eines Lochs durch einen Quanteneinschlusseffekt vergrößert. Daher kann das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 das abgestrahlte Ultraviolettlicht mit hohem Wirkungsgrad in sichtbares Licht umwandeln. Weiterhin wird bei dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 die Überlappung der Wellenfunktionen des Elektrons und des Lochs in Abhängigkeit von den Abmessungen geändert. Daher wird bei dem Beispiel ermöglicht, die Lebensdauer des mittels Fluoreszenz erzeugten Lichtes zu steuern, beispielsweise durch Änderung der Abmessungen des Nano-Leuchtstoffteilchens 602. Es ist vorzuziehen, dass der Radius R des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 innerhalb eines Bereiches liegt, in welchem das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 weißes Licht erzeugt.
Bei dem Beispiel beträgt der Durchmesser des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 annähernd 2 bis 10 nm, und ist kleiner als die Hälfte der Wellenlänge des Lichts, das von dem LED-Modul 100 erzeugt wird (vgl. 3). Daher ist das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 für sichtbares Licht durchlässig. In diesem Fall wird das sichtbare Licht, das von jedem der Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugt wird, nicht durch andere Nano-Leuchtstoffteilchen 602 abgefangen, sondern wird durch das Bindemittel 604 hindurchgelassen. Daher kann das von dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugte Licht wirksam genutzt werden. Hierdurch wird ermöglicht, ein LED-Modul 100 zur Verfügung zu stellen, welches eine beträchtlich hohe externe Quantenausbeute aufweist.
Bei einem anderen Beispiel kann der Durchmesser des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 größer als etwa 10 nm sein, und kann kleiner oder gleich einem Viertel der Wellenlänge des sichtbaren Lichts sein. In diesem Fall wird ermöglicht, das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 sehr kostengünstig herzustellen. Durch Einstellung des Durchmessers des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 auf weniger als ein Viertel der Wellenlänge des sichtbaren Lichts wird darüber hinaus ermöglicht, die Lichtdurchlässigkeit des Fluoreszenzabschnitts 106 im wesentlichen aufrecht zu erhalten. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts ist beispielsweise die Wellenlänge des blauen Lichts, wobei dies nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Das Nano-Leuchtstoffteilchen ist ein Leuchtstoffteilchen, das einen Durchmesser aufweist, der beispielsweise kleiner ist als etwa 1 μm.
In einigen Fällen, in welchen die externe Quantenausbeute des LED-Moduls 100 gering ist, wird die Leuchte 10 für Fahrzeuge durch Erzeugung von Wärme des LED-Moduls 100 erwärmt. Darüber hinaus wird in einigen Fällen die Leuchte 10 für Fahrzeuge unter erschwerten Umgebungsbedingungen eingesetzt, beispielsweise im Außenbereich, der hellen Sonne ausgesetzt, so dass eine Abstrahlung schwer durchzuführen ist. In einigen Fällen, bei welchen die Leuchte 10 für Fahrzeuge durch Einschalten des LED-Moduls 100 erwärmt wird, kann die Leuchte 10 für Fahrzeuge nicht ordnungsgemäß eingeschaltet werden. Bei dem Beispiel wird jedoch ermöglicht, zu verhindern, dass die Leuchte 10 für Fahrzeuge durch Einschalten des LED-Moduls 100 mit hoher externe Quantenausbeute erwärmt wird. Daher kann die Leuchte 10 für Fahrzeuge ordnungsgemäß eingeschaltet werden.
Die externe Quantenausbeute gibt das Verhältnis der Anzahl an Photonen, welche das LED-Modul 100 anregen, zum Strom an, der zur Lichtemissionsdiodeneinheit 102 fließt. Die Anzahl an Photonen betrifft beispielsweise Photonen des sichtbaren Lichts, das zur Erzeugung der Lichtverteilung für die Leuchte 10 für Fahrzeuge verwendet wird. Die Anzahl an Photonen kann die Anzahl jener Photonen sein, die von dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugt werden. Darüber hinaus gibt die halbe Wellenlänge des von dem LED-Moduls 100 erzeugten Lichts beispielsweise jene von blauem Licht an, das in weißem Licht enthalten ist. Der Radius und der Durchmesser des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 entsprechen jenen eines gedachten Kreises, der das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 umgibt.
Wenn der Radius R des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 annähernd gleich dem Bohr'schen Radius a_B eines Excitons in einem Festkörperkristall ist, wird darüber hinaus die minimale Anregungsenergie E₁ für das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 aus der folgenden Gleichung 1 erhalten. Der Bohr'sche Radius a_B ist der Bohr'sche Radius des Excitons in dem Festkörperkristall eines Leuchtstoffs, welcher dieselbe chemische Zusammensetzung aufweist wie das Nano-Leuchtstoffteilchen 602, wobei diese in Beispiel ist. In der nachstehenden Gleichung 1 ist mit Eg eine Bandlücke in dem Festkörperkristall bezeichnet, und mit M_e und M_h die effektive Masse eines Elektrons bzw. eines Lochs.
In diesem Fall ändert sich die Bandlücke des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 in Abhängigkeit von der Größe des Nano-Leuchtstoffteilchens 602. In jenem Fall, in welchem der Radius R annähernd gleich oder kleiner ist wie bzw. als der Bohr'sche Radius a_B, wird die Frequenz f_QD des ausgesandten Lichts entsprechend einem minimalen Anregungszustand (1s) aus folgender Gleichung 2 durch eine Approximation der wirksamen Masse erhalten. f_b gibt die Schwingungsintensität in dem Festkörperkristall an.
In diesem Fall wird ermöglicht, die Wellenlänge des von dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugten Lichtes durch Änderung der Größe des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 zu ändern. Darüber hinaus wird in diesem Fall der Einfluss des zweiten Terms in Gleichung 1 vergrößert. Daher wird ermöglicht, die Bandlücke des Nano-Leuchtstoffteilchens 602 innerhalb eines weiten Bereiches zu ändern, durch Änderung der Größe des Nano-Leuchtstoffteilchens 602.
6 ist eine detailliertere Ansicht des Dichtungsteils 208. Das Dichtungsteil 108 ist so ausgebildet, dass es das Bindemittel 604 und die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 abdeckt, wodurch das Bindemittel 604 und die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 abgedichtet werden. Bei dem Beispiel liegt das Dichtungsteil 108 dem Saphirsubstrat 410 so gegenüber, dass dazwischen der Fluoreszenzabschnitt 106 vorgesehen ist. Das Saphirsubstrat 410 weist einen Brechungsindex von annähernd 1,7 bis 1,8 auf.
Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das Dichtungsteil 108 einen Brechungsindex von 1,45 oder größer aufweist. In diesem Fall wird der Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Dichtungsteils 108 und jenem der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 verringert. Hierdurch wird ermöglicht, wirksam das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugte Licht abzuführen. Bei dem Beispiel besteht das Dichtungsteil 108 aus einem Epoxyharz. Das Epoxyharz kann beispielsweise ein Biphenylepoxyharz des Typs A (klares Epoxyharz) sein, ein Biphenylepoxyharz, oder ein alizyklisches Epoxyharz. In diesem Fall weist das Dichtungsteil 108 einen Brechungsindex von annähernd 1,5 bis 1,6 auf.
In einigen Fällen, in welchen das Epoxyharz der Bestrahlung mit Ultraviolettlicht ausgesetzt wird, wird es gelb, was eine Beeinträchtigung darstellt. Daher wird auch das Dichtungsteil 108 beeinträchtigt, und wird die externe Quantenausbeute des LED-Moduls 100 verringert, wenn der Fluoreszenzabschnitt 106 das Ultraviolettlicht durchlässt, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 ausgesandt wird.
Bei dem Beispiel ist jedoch das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 für sichtbares Licht durchlässig. Daher können die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 in Form einer Schicht mit ausreichender Dicke ausgebildet werden, um das gesamte Ultraviolettlicht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 ausgesandt wird, in sichtbares Licht umzuwandeln. Daher wandeln die in dem Bindemittel 604 festgehaltenen Nano-Leuchtstoffteilchen 602 das gesamte Ultraviolettlicht um, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird, und zwar in sichtbares Licht. Bei dem Beispiel wird daher ermöglicht, zu verhindern, dass das Dichtungsteil 108 durch das Ultraviolettlicht beeinträchtigt wird. Hierdurch wird ermöglicht, das Material des Dichtungsteils 108 so auszuwählen, ohne dass die Lichtbeständigkeit in Bezug auf Ultraviolettlicht berücksichtigt werden muss. Weiterhin wird ermöglicht, zu verhindern, dass ein anderes Harzmaterial in der Leuchte 10 für Fahrzeuge (siehe 1) durch das Ultraviolettlicht beeinträchtigt wird.
Wenn das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 für sichtbares Licht undurchlässig ist, wird sichtbares Licht, das von dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 als unterer Schicht erzeugt wird, durch ein Nano-Leuchtstoffteilchen 602 in einer oberen Schicht abgefangen, wenn die Schicht aus den Nano-Leuchtstoffteilchen 602 dick ist. In diesem Fall geht ein Teil des Lichts verloren, das von dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugt wird. Daher wird die externe Quantenausbeute des LED-Moduls 100 verringert. Bei dem Beispiel für die vorliegende Erfindung kann jedoch das von dem Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugte Licht mit hohem Wirkungsgrad genutzt werden. Daher wird ermöglicht, ein LED-Modul 100 mit hoher externer Quantenausbeute zur Verfügung zu stellen.
Das Dichtungsteil 108 kann einen kleineren Brechungsindex aufweisen als das Bindemittel 604. In diesem Fall ist der Brechungsindex des Bindemittels 604 niedriger als jener der Lichtemissionsdiodeneinheit 102, und höher ist als jener des Dichtungsteils 108. Weiterhin ist vorzuziehen, dass das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 einen höheren Brechungsindex aufweist als das Material des Bindemittels 604. Das Nano-Leuchtstoffteilchen 602 weist beispielsweise einen Brechungsindex von etwa 2 oder mehr auf. In diesem Fall ist der Brechungsindex des Bindemittels 604 höher als jener des Materials des Bindemittels 604. Daher wird der kritische Winkel für Licht vergrößert, das auf das Bindemittel 604 von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 einfällt. Bei diesem Beispiel kann daher die Reflexion von Ultraviolettlicht an einer Grenzfläche zwischen der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 und dem Bindemittel 604 verringert werden.
Bei einem anderen Beispiel kann die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 so angebracht sein, dass das Saphirsubstrat 410 und der Fluoreszenzabschnitt 106 einander gegenüberliegen, wobei dazwischen die Halbleiterschicht 408 (siehe 5) angeordnet ist. Die Halbleiterschicht 408 weist einen Brechungsindex von beispielsweise annähernd 2,3 bis 2,5 auf. Auch in diesem Fall wird ermöglicht, ein LED-Modul 100 mit einer hohen externen Quantenausbeute zur Verfügung zu stellen, wenn das Dichtungsteil 108 aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex besteht, beispielsweise aus Epoxyharz.
7 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse eines Lichtwiderstandsversuches für das Bindemittel 604 zeigt. Bei dem Lichtwiderstandsversuch wurde Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von 365 nm auf fünf Arten von in der Tabelle angegebenen Materialien eingestrahlt, mit einer Beleuchtungsstärke von 9,5 W/cm² über etwa 150 Stunden.
Im Ergebnis war die Änderung des spektralen Transmissionsgrades sehr gering, und änderte sich das Erscheinungsbild nicht, bei einem Dimethylsilikonharz, einem Silsesquioxanharz des Methyltyps, und einem alizyklischen Silsesquioxanharz. Daher wurden hervorragende Ergebnisse erzielt. Andererseits stieg das Ausmaß der Änderung des spektralen Transmissionsgrades bei anderen Materialien an.
Das Silsesquioxanharz ist ein netzwerkartiges Silikonharz beispielsweise des Leitertyps oder des Käfigtyps. Das Silikonharz ist ein Polysiloxan mit einer Polymerkettenstruktur, bei welcher sich beispielsweise eine Silikon-Sauerstoffbindung wiederholt. Weiterhin ist das Silsesquioxanharz des Methyltyps ein Beispiel für ein Silsesquioxanharz, das ein Alkyd darstellt, bei welchem eine Seitenkette keine Doppelbindung aufweist. Das Alkyd weist eine Polymerkettenstruktur auf, die beispielsweise durch eine Bindung zwischen einem mehrwertigen Alkohol und einer mehrwertigen Säure erhalten wird. Ein alizkylisches Silsesquioxanharz stellt ein Beispiel für ein Silsesquioxanharz dar, bei welchem eine Seitenkette eine alizyklische Gruppe ist.
Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das Bindemittel 604 aus einem Dimethylsilikonharz oder einem Silsesquioxanharz besteht. Es ist vorzuziehen, dass die Seitenkette des Silsesquioxanharzes ein Alkyd ist, das keine Doppelbindung aufweist, oder eine alizyklische Gruppe. Weiterhin ist vorzuziehen, dass das Silsesquioxanharz in einer Seitenkette keine Phenylgruppe aufweist.
Bei der Leuchte 10 für Fahrzeuge sendet die Lichtemissionsdiodeneinheit 102 Licht beispielsweise mit einem Wirkungsgrad von etwa 50 lm/W oder mehr in einigen Fällen aus. In diesen Fällen ist die Beleuchtungsstärke des Ultraviolettlichts, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird, etwa 1 bis 20000 Mal so hoch wie bei Sonnenlicht.
Wenn die Lichtbeständigkeit in Bezug auf Ultraviolettstrahlen des Materials des Bindemittels 604 gering ist, läuft daher das Bindemittel 604 gelb an, was eine Beeinträchtigung hervorruft. In diesem Fall wird der Lichtstrom verringert, oder ändert sich die Lichtfarbe. Bei dem Beispiel wird jedoch ermöglicht, das Bindemittel 604 mit hoher Lichtbeständigkeit auszubilden, unter Verwendung eines Dimethylsilikonharzes oder eines Silsesquioxanharzes. Darüber hinaus kann das Dimethylsilikonharz kostengünstig mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden, und weist beispielsweise eine hervorragende Wärmebeständigkeit auf. Bei dem Beispiel kann daher das Bindemittel 604 mit hohem Leistungsvermögen bei im wesentlichen geringem Kostenaufwand hergestellt werden.
Das Dimethylsilikonharz weist einen Brechungsindex von annähernd 1,3 bis 1,4 auf. Wenn der Brechungsindex des Bindemittels 604 annähernd gleich jenem des Dimethylsilikonharzes ist, nimmt daher der kritische Winkel an der Grenzfläche zwischen dem Bindemittel 604 und der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 ab, so dass der Lichtstrom verringert wird, der auf das Bindemittel 604 von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 einfällt. Der kritische Winkel wird beispielsweise von etwa 30 Grad auf etwa 26 Grad verkleinert, verglichen mit einem Fall, in welchem das Bindemittel 604 einen hohen Brechungsindex aufweist, der annähernd gleich dem Brechungsindex von Epoxyharz ist. In diesem Fall wird der Lichtstrom um annähernd 10 bis 15% verringert.
Wie unter Bezugnahme auf 6 geschildert wurde, weist jedoch das Bindemittel 604 die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 auf, und hat daher einen höheren Brechungsindex als das Material des Bindemittels 604 bei diesem Beispiel. Bei dem Beispiel kann das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugte Licht wirksam auf das Bindemittel 604 einfallen, selbst wenn das Bindemittel 604 beispielsweise aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex besteht. Daher kann das Bindemittel 604 aus einem Material hergestellt werden, das eine hohe Lichtbeständigkeit in Bezug auf Ultraviolettstrahlung aufweist. Bei dem Beispiel wird daher ermöglicht, wirksam das Ultraviolettlicht zu nutzen, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird. Hierdurch wird ermöglicht, die Lichtausbeute des LED-Moduls 100 zu erhöhen.
8 zeigt ein weiteres Beispiel für Einzelheiten des Aufbaus der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 und des Fluoreszenzabschnitts 106 sowie des Substrats 112 und des Hohlraums 109. In 8 werden ähnliche oder entsprechende Bauteile wie in 5 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und erfolgt daher nicht unbedingt insoweit eine erneute Beschreibung.
Bei diesem Beispiel weist der Fluoreszenzabschnitt 106 zusätzlich mehrere Metalloxidteilchen 606 auf. Die Metalloxidteilchen 606 weisen Durchmesser von etwa 10 nm oder weniger auf, und werden in dem Bindemittel 604 zusammen mit den Nano-Leuchtstoffteilchen 602 festgehalten.
Da die Metalloxidteilchen 606 Durchmesser aufweisen, die, kleiner oder gleich der halben Wellenlänge des Ultraviolettlichts sind, sind sie für Ultraviolettlicht durchlässig. Darüber hinaus weisen die Metalloxidteilchen 606 einen Brechungsindex von etwa 2 oder mehr auf, und sind gleichmäßig in dem Bindemittel 604 verteilt. Daher wird bei dem Beispiel ermöglicht, den Brechungsindex des Bindemittels 604 noch weiter zu vergrößern. Daher kann das Ultraviolettlicht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird, wirksam genutzt werden.
9 zeigt ein weiteres Beispiel für Einzelheiten des Aufbaus der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 und des Fluoreszenzabschnitts 106, sowie des Substrats 112 und des Hohlraums 109. In 9 sind gleiche oder entsprechende Bauteile wie in 5 mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet, und daher erfolgt insoweit nicht unbedingt eine erneute Beschreibung.
Der Fluoreszenzabschnitt 106 weist zusätzlich mehrere Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser auf. Die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser sind Leuchtstoffteilchen, die jeweils einen größeren Durchmesser als die halbe Wellenlänge des sichtbaren Lichts aufweisen. Weiterhin enthält das Bindemittel 604 mehrere Halteschichten 702 und 704.
Die Halteschicht 702 ist so ausgebildet, dass sie die gegenüberliegende Oberfläche 110 abdeckt, damit diese die Lichtaussendeoberfläche der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 bildet. Weiterhin sind in der Halteschicht 702 die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser enthalten. Daher hält die Halteschicht 702 die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser auf der gegenüberliegenden Oberfläche 110. Die Halteschicht 704 ist gegenüberliegend der gegenüberliegenden Oberfläche 110 vorgesehen, mit der Halteschicht 702 dazwischen. Weiterhin sind in der Halteschicht 704 mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen 602 enthalten. Daher hält die Halteschicht 704 die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 auf der Halteschicht 702.
Die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser, die in der Halteschicht 702 gehalten werden, wandeln einen Teil des von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugten Ultraviolettlichts in sichtbares Licht um. Daher lässt die Halteschicht 702 an die Halteschicht 704 einen Teil des Ultraviolettlichts durch, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 erzeugt wird, und des sichtbaren Lichts, das von den Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser erzeugt wird.
Darüber hinaus wandeln die Nano-Leuchtstoffteilchen 602, die in der Halteschicht 704 enthalten sind, das gesamte Ultraviolettlicht, das auf die Halteschicht 702 einfällt, in sichtbares Licht um. Daher lässt die Halteschicht 704 nach außerhalb des Bindemittels 604 das sichtbare Licht durch, das von den Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser erzeugt wird, und das sichtbare Licht, das von den Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugt wird.
Bei dem Beispiel erzeugen die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 Licht, das beispielsweise einen Teil der drei Primärfarben des Lichts darstellt. Darüber hinaus erzeugen die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser Licht, das eine andere Farbe der drei Primärfarben des Lichts aufweist. Es ist vorzuziehen, dass die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser sichtbares Licht erzeugen, das eine andere Wellenlänge aufweist als das sichtbare Licht, das von den Nano-Leuchtstoffteilchen 602 entsprechend dem Ultraviolettlicht erzeugt wird. Bei dem Beispiel kann ein Teil der Farben von den Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser erzeugt werden, und können die anderen Farben von den Nano-Leuchtstoffteilchen 602 erzeugt werden. Daher wird ermöglicht, die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 und die Leuchtstoffteilchen 608 mit großem Durchmesser ordnungsgemäß einzusetzen, in Abhängigkeit vom Kostenaufwand und der Stabilität.
Weiterhin wandeln bei dem Beispiel die Nano-Leuchtstoffteilchen 602 in der Halteschicht 704 im wesentlichen das gesamte Ultraviolettlicht, das von der Lichtemissionsdiodeneinheit 102 über die Halteschicht 702 einfällt, in sichtbares Licht um. Daher wird ermöglicht, zu verhindern, dass das Dichtungsteil 108 (vgl. 3) durch das Ultraviolettlicht beeinträchtigt wird.
Zwar wurde die Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist der Umfang der Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Fachleute auf diesem Gebiet wissen, dass sich die Ausführungsformen in verschiedenen Arten und Weisen abändern lassen. Aus der Beschreibung wird deutlich, dass derartige, geänderte oder verbesserte Ausführungsformen ebenfalls vom Umfang der Erfindung umfasst sind.
FIGURENBESCHRIFTUNG
6:
Refractive Index: Brechungsindex
Figur 7:

Claims

Lichtemissionsmodul (100) zur Erzeugung von Ausgangslicht, wobei vorgesehen sind: eine Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102), welche Ausgangslicht erzeugt; mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen (602), deren Durchmesser jeweils kleiner ist als die halbe Wellenlänge des Ausgangslichts, und die Fluoreszenzlicht entsprechend dem von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugen Licht aussenden; und ein Bindemittel (604), welches die Plano-Leuchtstoffteilchen (602) als Schicht zusammenhält, welche eine Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit abdeckt.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Nano-Leuchtstoffteilchen (602) einen Durchmesser von etwa 2 bis 10 nm aufweist.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Nano-Leuchtstoffteilchen (602) einen Durchmesser aufweist, der größer ist als etwa 10 nm, und im wesentlichen kleiner oder gleich als ein Viertel der Wellenlänge des sichtbaren Lichts.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) Ultraviolettlicht erzeugt, und die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) sichtbares Licht erzeugen, entsprechend dem Ultraviolettlicht, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit erzeugt wird.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (604) zumindest entweder ein Fluorharz oder ein Dimethylsilikonharz aufweist, um so die Lichtemissionsoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) mit den Nano-Leuchtstoffteilchen (602) abzudecken.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (604) aus einem Silsesquioxanharz besteht, welches die Lichtemissionsoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) mit den Nano-Leuchtstoffteilchen (602) abdeckt, und eine Seitenkette des Silsesquioxanharzes ein Alkyd ist, das keine Doppelbindung aufweist, oder eine alizyklische Gruppe.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mehrere Metalloxidteilchen (606) vorgesehen sind, deren Durchmesser jeweils im wesentlichen kleiner oder gleich der Hälfte der Wellenlänge von Ultraviolettlicht ist, und die in dem Bindemittel (604) zusammen mit den Nano-Leuchtstoffteilchen (602) festgehalten sind.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Dichtungsteil (108) aus einem Material vorgesehen ist, welches sichtbares Licht durchlässt, wobei das Bindemittel (604) und die Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) so abgedichtet sind, dass das Bindemittel und die Halbleiter-Lichtemissionseinheit abgedeckt sind, und die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) in dem Bindemittel (604) festgehalten sind, und das gesamte Ultraviolettlicht, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) erzeugt wird, in sichtbares Licht umwandelt.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsteil (108) aus einem Epoxyharz besteht.
Lichtemissionsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mehrere Leuchtstoffteilchen (608) mit großem Durchmesser vorgesehen sind, deren Durchmesser jeweils wesentlich größer ist als die Hälfte der Wellenlänge des sichtbaren Lichts, und die sichtbares Licht mit einer Wellenlänge erzeugen, die deutlich verschieden von der Wellenlänge des sichtbaren Lichts ist, das von den Nano-Leuchtstoffteilchen (602) entsprechend dem Ultraviolettlicht erzeugt wird, wobei das Bindemittel (604) aufweist: eine erste Halteschicht (702), welche die Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) abdeckt, und die Leuchtstoffteilchen (608) mit großem Durchmesser auf der Lichtaussendeoberfläche festhält; und eine zweite Halteschicht (704) gegenüberliegend der Lichtaussendeoberfläche, wobei die erste Halteschicht (702) dazwischen vorgesehen ist, und welche die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) auf der ersten Halteschicht (702) festhält, wobei die Leuchtstoffteilchen (608) mit großem Durchmesser, die in der ersten Halteschicht (702) festgehalten sind, einen Teil des Ultraviolettlichts, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) erzeugt wird, in sichtbares Licht umwandeln, die erste Halteschicht (702) an die zweite Halteschicht (704) einen Teil des Ultraviolettlichts durchlässt, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) erzeugt wird, und einen Teil des sichtbaren Lichts, das von den Leuchtstoffteilchen (608) mit großem Durchmesser erzeugt wird, die Nano-Leuchtstoffteilchen (602), die in der zweiten Halteschicht (704) festgehalten sind, Ultraviolettlicht, das von der ersten Halteschicht (702) einfällt, in sichtbares Licht umwandeln, und die zweite Halteschicht (704) das sichtbare Licht, das von den Leuchtstoffteilchen (608) mit großem Durchmesser erzeugt wird, und das sichtbare Licht, das von den Nano- Leuchtstoffteilchen (602) erzeugt wird, nach außerhalb des Bindemittels (604) durchlässt.
Leuchte (10) für Fahrzeuge, welche aufweist: ein Lichtemissionsmodul (100), welches Ausgangslicht erzeugt; und ein Optikbauteil (204), welches das Licht, das von dem Lichtemissionsmodul (100) erzeugt wird, nach außerhalb der Leuchte (10) abstrahlt, wobei das Lichtemissionsmodul (100) aufweist: eine Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102), welche Licht erzeugt; mehrere Nano-Leuchtstoffteilchen (602), deren Durchmesser jeweils wesentlich kleiner ist als die Hälfte der Wellenlänge des Lichts, das von dem Lichtemissionsmodul (100) erzeugt wird, und die dazu dienen, Fluoreszenzlicht entsprechend dem Licht zu erzeugen, das von der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) erzeugt wird; und ein Bindemittel (604), welches die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) als Schicht festhält, welche eine Lichtaussendeoberfläche der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) abdeckt.
Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge von etwa 360 bis 380 nm erzeugt.
Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) entweder vom selben Typ sind, oder aus unterschiedlichen Typen bestehen.
Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) in einem Dichtungsteil (108) angeordnet sind, das an einer Seite des Bindemittels (604) gegenüberliegend der Halbleiter-Lichtemissionseinheit (102) angeordnet ist, und das Lichtemissionsmodul (100) abdeckt.
Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nano-Leuchtstoffteilchen (602) einen dotierten Kristall aufweisen, der als Ausgangsmaterial entweder ZnS, CdS, ZnSe oder CdSe aufweist, und entweder Mn2+, Eu3+, Tb3+ oder Te als aktives Zentrum aufweist.
Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterlichtemissionsmodul (100) Licht mit einem Wirkungsgrad von zumindest etwa 50 lm/W aussendet.
Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mehrere Metalloxidteilchen (606) in dem Bindemittel (604) vorgesehen sind, wobei die Metalloxidteilchen (606) in dem Bindemittel (604) zusammen mit den Nano-Leuchtstoffteilchen (602) festgehalten sind.
Leuchte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidteilchen (606) eine Größe von etwa 10 nm oder weniger aufweisen.
Leuchte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxidteilchen (606) einen Brechungsindex von etwa 2 oder größer aufweisen, und gleichmäßig in dem Bindemittel (604) verteilt sind.