DE102007032274A1 - Kompakte Lichtquelle mit hoher Intensität auf LED-Basis - Google Patents

Kompakte Lichtquelle mit hoher Intensität auf LED-Basis Download PDF

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Abstract

Eine Lichtquelle mit einer Mehrzahl von Chips, einem LED-Träger und einer Abdeckung ist offenbart. Jeder Chip umfasst eine LED. Der LED-Träger umfasst einen metallischen Kern mit einer oberen und einer unteren Oberfläche, die Chips sind mit einer Schaltungsschicht auf der oberen Oberfläche des Kerns verbunden. Die Abdeckung ist mit dem LED-Träger verbunden und umfasst eine Öffnung mit reflektierenden Seiten, die es ermöglicht, dass Licht von den LEDs die Abdeckung verlassen kann. Eine kuppelförmige Einkapselungsschicht bedeckt jeden der Chips. Die Einkapselungsschicht ist von den Seiten der Öffnung derart beabstandet, dass ein Luftzwischenraum zwischen den Einkapselungsschichten und den Seiten vorliegt. Der Luftzwischenraum ist derart positioniert, dass Licht, das die Seitenoberflächen der Chips verlässt, durch den Luftzwischenraum läuft, bevor es durch eine der Seiten reflektiert wird.

Description

  • Leuchtdioden (LEDs) sind ein attraktiver in Frage kommender Ersatz für herkömmliche Lichtquellen, die auf Glühlampen und Fluoreszenzleuchtröhren basieren. LEDs besitzen eine größere Energieumwandlungseffizienz als Glühlampen und wesentlich längere Lebensdauern als sowohl Glühlampen- als auch Fluoreszenzlampenvorrichtungen. Zusätzlich erfordern Lichtvorrichtungen auf LED-Basis nicht die hohen Spannungen, die Fluoreszenzlampen zugeordnet sind.
  • LEDs sind besonders attraktive Lichtquellen für hintergrundbeleuchtete Anzeigen, wie z. B. LCD-Tafeln, die Raumeinschränkungen aufweisen. Viele mobile Elektronikvorrichtungen erfordern eine sehr dünne Hintergrundbeleuchtungsquelle. LCD-Anzeigen zur Verwendung in Mobiltelefonen, PDAs und Laptop-Computern benötigen eine Lichtquelle zum Beleuchten einer LCD-Tafel oder eines Tastenfelds. Die Lichtquelle besteht typischerweise aus einem dünnen zweidimensionalen flachen Lichtleiter, der von einer Kante oder Kanten der dünnen Schicht beleuchtet wird. Licht wird in dem Lichtleiter durch Innenreflexion eingefangen, bis das Licht durch Streuzentren auf eine der Oberflächen gestreut wird. Das Streulicht verlässt den Lichtleiter durch eine Oberfläche des Lichtleiters und wird verwendet, um ein zweidimensionales Objekt, wie z. B. eine LCD-Tafel oder ein Tastenfeld, zu beleuchten.
  • Tragbare Vorrichtungen stellen strenge Beschränkungen für die Dicke der Lichtquelle dar. Die minimale Dicke der Vorrichtung ist durch die kombinierte Dicke des Lichtleiters und des gerade beleuchteten Objekts festgelegt. Idealerweise ist die Lichtquelle, die zur Beleuchtung der Kante des Lichtleiters verwendet wird, kleiner als diese minimale Dicke, so dass die LEDs die Dicke der Vorrichtung nicht erhöhen. Da LEDs inhärent kleine Lichtemitter sind, die mit den niedrigen Spannungen arbeiten können, die in derartigen tragbaren Vorrichtungen verfügbar sind, sind Lichtquellen, die auf LEDs basieren, in derartigen Anwendungen von großem Interesse.
  • Leider weisen LEDs eine Anzahl von Problemen auf, die überwunden werden müssen, um eine kostenwirksame Lösung in derartigen Hintergrundbeleuchtungssystemen bereitzustellen. Erstens sind LEDs Punktquellen mit relativ geringer Leistung. Die Hintergrundbeleuchtungsanwendungen erfordern eine Lichtquelle, die eine lineare Geometrie und mehr Leistung, als von einer einzelnen LED verfügbar ist, aufweist. So muss eine Lichtquelle mit einer relativ großen Anzahl einzelner LEDs aufgebaut werden.
  • Zweitens emittieren LEDs Licht in schmalen optischen Bändern. So müssen LEDs mit unterschiedlichen Emissionsspektren zur Bereitstellung einer Lichtquelle, die ein menschlicher Beobachter als eine bestimmte Farbe aufweisend wahrnimmt, in die gleiche Lichtquelle kombiniert werden oder Leuchtstoffumwandlungsschichten müssen eingesetzt werden, um einen Teil des durch LED erzeugten Lichts in Licht eines unterschiedlichen Spektrums umzuwandeln. Eine LED z. B., die als Weißlicht emittierend wahrgenommen wird, kann durch ein Kombinieren der Ausgabe von LEDs mit Emissionsspektren in der roten, blauen und grünen Region des Spektrums oder durch Verwenden einer blauemittierenden LED und einer Leuchtstoffschicht, die einen Teil des Ausgabelichts in Licht in der gelben Region des Spektrums umwandelt, aufgebaut sein. Für LCD-Anzeigen ist üblicherweise Licht erforderlich, das Emissionsbänder in der roten, blauen und grünen Region des Spektrums aufweist. So muss eine Lichtquelle auf LED-Basis drei Typen von LEDs umfassen und für das Mischen des Lichts von drei separaten Quellen sorgen.
  • Drittens ist Wärmeableitung in dem Fall von Lichtquellen auf LED-Basis besonders wichtig. Die elektrische Umwand lungseffizienz einer LED nimmt mit ansteigender Verbindungstemperatur in der LED ab. So muss eine Lichtquelle auf LED-Basis, die eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt, einen guten Wärmeleitungsweg zum Ableiten der Wärme von der LED aufweisen.
  • Schließlich sind die Kosten in den meisten dieser Anwendungen von größter Bedeutung. In vielen Systemen des Stands der Technik ist die Lichtquelle aus einzelnen LEDs aufgebaut, die auf der gedruckten Schaltungsplatine (PCB) beinhaltet sind, die verwendet wird, um andere Teile der mobilen Vorrichtung zu implementieren. Derartige speziell angefertigte Entwürfe erhöhen die Kosten des Entwurfs, sowie die Produktzykluszeit. Zusätzlich beeinflusst die Effizienz, mit der das Licht von der Lichtquelle in den Lichtleiter gekoppelt wird, die Kosten der Lichtquelle, da Quellen mit schlechter Lichtkopplungseffizienz mehr LEDs zur Bereitstellung des gleichen Beleuchtungspegels benötigen. Die Kopplungseffizienz beeinflusst außerdem die Wärme, die abgeleitet werden muss, da die zusätzlichen LEDs, die erforderlich sind, um eine schlechte Kopplungseffizienz zu überwinden, auch mehr Wärme erzeugen, die abgeleitet werden muss.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Lichtquelle gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Draufsicht einer Lichtquelle 30 von vorne;
  • 2 eine perspektivische Draufsicht der Lichtquelle 30 von unten;
  • 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Lichtquelle 30 vor einem Einkapseln der einzelnen LEDs;
  • 4 eine Draufsicht der Lichtquelle 30;
  • 5 eine Querschnittsansicht der Lichtquelle 30 durch eine Linie 5-5 aus 4, nachdem die LEDs eingekapselt wurden;
  • 6A und 6B zwei unterschiedliche Kuppeleinkapselungsschema ta;
  • 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Einkapselungsschicht zwei Unterschichten umfasst;
  • 8A ein Verbindungsschema, bei dem die einzelnen LEDs jeder Farbe in Serie geschaltet sind;
  • 8B das in 8A gezeigte Verbindungsschema, das erweitert ist, um eine zusätzliche Gruppe von LEDs zu umfassen;
  • 9 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 10 eine Draufsicht einer Lichtquelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 11 eine Querschnittsansicht einer Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst eine Lichtquelle mit einer Mehrzahl von Chips, einem LED-Träger und einer Abdeckung. Jeder Chip umfasst eine LED, wobei jeder Chip eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und eine oder mehrere Seitenoberflächen aufweist. Der LED-Träger umfasst einen metallischen Kern mit einer oberen und einer unteren Oberfläche, wobei die obere Oberfläche mit einer Schaltungsschicht verbunden ist und die Chips mit der Schaltungsschicht verbunden sind. Die Abdeckung ist mit dem LED-Träger verbunden. Die Abdeckung umfasst eine erste Öffnung, die es ermöglicht, dass Licht von den LEDs die Abdeckung verlassen kann, wobei die Öffnung Seiten aufweist, die schräg nach innern verlaufen, derart, dass Licht, das eine Seitenoberfläche eines der Chips verlässt, durch eine der Seiten aus der Öffnung herausreflektiert wird. Eine kuppelförmige Einkapselungsschicht bedeckt jeden der Chips. Die Einkapselungsschicht ist von den Seiten der Öffnung derart beabstandet, dass ein Luftzwischenraum zwischen den Einkapselungsschichten und den Seiten vorliegt. Der Luftzwischenraum ist derart positioniert, dass Licht, das die Seitenoberflächen der Chips verlässt, durch den Luftzwischenraum läuft, bevor es durch eine der Seiten reflektiert wird. Bei einem Aspekt der Erfindung umfasst die untere Oberfläche des Metallkerns eine äußere Oberfläche der Lichtquelle und die Lichtquelle kann unter Verwendung von Löchern in der Lichtquelle an einem äußeren Objekt angebracht sein, derart, dass die untere Oberfläche in gutem Wärmekontakt mit dem äußeren Objekt steht.
  • Die Art und Weise, in der die vorliegende Erfindung ihre Vorteile erzielt, ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 leichter verständlich, die ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. 1 ist eine perspektivische Draufsicht einer Lichtquelle 30 von vorne und 2 ist eine perspektivische Draufsicht der Lichtquelle 30 von unten. 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Lichtquelle 30 vor einem Einkapseln der einzelnen LEDs. 4 ist eine Draufsicht der Lichtquelle 30 und 5 ist eine Querschnittsansicht der Lichtquelle 30 durch eine Linie 5-5 aus 4, nachdem die LEDs eingekapselt wurden.
  • Die Lichtquelle 30 umfasst zwei Hauptanordnungen, einen LED-Träger 50 und eine Abdeckung 40. Die Abdeckung 40 umfasst einen Hohlraum, in den der LED-Träger 50 eingeführt ist. Die Abdeckung 40 umfasst außerdem eine Öffnung 42, durch die Licht von den LEDs, bei 56 gezeigt, die Lichtquelle 30 verlassen kann. Die Seiten der Öffnung 42 sind reflektierend und in einem Winkel abgeschrägt, um Licht, das die LEDs durch die Seiten derselben verlässt, in eine Richtung umzuleiten, die es ermöglicht, dass Licht die Lichtquelle 30 verlassen kann.
  • Der LED-Träger 50 ist ein Schaltungsträger 59, der aus einer oder mehreren Metallschichten aufgebaut ist, die strukturiert sind, um die Verbindungen zwischen den verschiedenen elektronischen Komponenten in der Lichtquelle 30 bereitzustellen. Die Schaltungsschichten sind mit einem Metallkern 52 verbunden, der Wärme von den LEDs zu der Abdeckung 40 und zu den darunter liegenden Strukturen, auf denen die Lichtquelle 30 befestigt ist, überträgt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Kern aus einer Aluminiumlegierung aufgebaut. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Kern aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 10 W/m·K bei 25 Grad Celsius aufgebaut. Bei dem in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine einzelne Metallschicht strukturiert, um die Leiterbahnen 54 und 55 bereitzustellen, die verwendet werden, um die LED 56 durch einen Verbinder 32 mit Leistung zu verbinden. Diese Schicht ist von dem Kern 52 durch eine dünne isolierende Schicht 53 getrennt, die eine Dicke von kleiner oder gleich 0,1016 Mirkometern (entspricht 4 Tausendstel Zoll) aufweist. Die Metallschicht ist durch eine zweite dünne isolierende Schicht 58 bedeckt, die verhin dert, dass die Signalleiterbahnen in der Metallschicht mit der Abdeckung 40 kurzschließen.
  • Der Verbinder kann entweder ein männlicher oder ein weiblicher Verbinder sein, der konfiguriert ist, um mit einem entsprechenden Verbinder an einem Kabel oder einer anderen Vorrichtung in dem Gerät, in dem die Lichtquelle eingesetzt wird, zusammenzupassen. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Verbinder positioniert, um den entsprechenden Verbinder in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des LED-Schaltungsträgers aufzunehmen. Ausführungsbeispiele jedoch, in denen der Verbinder derart befestigt ist, dass der entsprechende Verbinder in einer Richtung senkrecht zu dieser Oberfläche aufgenommen ist, könnten ebenso aufgebaut werden.
  • Jede LED ist mit zwei Leiterbahnen innerhalb der Metallschicht verbunden. Die erste Verbindung wird durch einen Anschluss an der Unterseite der LED bereitgestellt und die zweite Verbindung wird durch einen Anschluss an der Oberseite der LED durch eine Drahtbondverbindung 57 bereitgestellt.
  • Jede LED in der Lichtquelle 30 ist in einer kuppelförmigen Schicht aus einem klaren Material eingekapselt, wie bei 60 gezeigt ist. Diese Schicht dient einer Anzahl von Funktionen. Erstens schützt die Schicht die LED 56 und die Drahtbondverbindung 57 vor Umweltfaktoren. Der LED-Chip muss vor Feuchtigkeit geschützt werden. Zusätzlich ist die Drahtbondverbindung zerbrechlich. Diesbezüglich sollte angemerkt werden, dass, wenn alle LEDs in einer einzelnen Schicht aus Einkapselungsmaterial eingekapselt sind, die mechanische Belastung auf den Drahtbondverbindungen beim Erwärmen der Schicht aus Einkapselungsmaterial wesentlich größer ist als die Belastung, der jede Drahtbondverbindung ausgesetzt ist, wenn die Chips einzeln eingekapselt sind.
  • Zweitens kann die Schicht als ein Träger für Leuchtstoffe, Lumineszenzmaterialien oder Farbstoffe verwendet werden. In Leuchtstoffumwandlungs-LEDs wird das gesamte Licht oder ein Teil des Lichts, das durch die LED emittiert wird, durch Leuchtstoffteilchen oder Lumineszenzmaterialien, die typischerweise in einer Schicht aus einem klaren Einkapselungsmaterial suspendiert sind, die über den LEDs aufgebracht ist, in Licht eines unterschiedlichen Spektrums umgewandelt. In dem Fall eines Farbstoffs wird das Licht von der LED gefiltert, um Licht mit einem eingeschränkteren Spektrum als dem, das durch die LED erzeugt wird, bereitzustellen.
  • Schließlich verbessert, was sehr wichtig ist, die kuppelförmige Schicht die Extraktion des Lichts aus der LED. Wie oben angemerkt wurde, wird ein wesentlicher Bruchteil des Lichts, das in der aktiven Schicht der LED erzeugt wird, aufgrund des großen Unterschieds bei dem Brechungsindex zwischen der LED und Luft durch Innenreflexion an der Oberfläche der LED in der LED eingefangen. Dieses Licht wird entweder in dem LED-Material absorbiert oder verlässt den Chip durch eine Seitenoberfläche des Chips. Der Reflektor erfasst das Licht, das durch die Seitenoberfläche austritt, und leitet das Licht in die Vorwärtsrichtung um. Ein wesentlicher Bruchteil des eingefangenen Lichts jedoch geht durch Absorption verloren, bevor das Licht den Chip verlassen kann. So ist es von Vorteil, die Menge an Licht, die durch Innenreflexion eingefangen wird, zu reduzieren.
  • Die kuppelförmige Schicht reduziert die Menge an Licht, die eingefangen wird, durch zwei Mechanismen. Erstens ist das Licht, das eingefangen wird, Licht, das in Winkeln auf die LED-Oberfläche auftrifft, die größer sind als der kritische Winkel in Bezug auf die Normale zu dieser Oberfläche. Der kritische Winkel wiederum hängt von dem Verhältnis der Brechungsindizes zwischen der LED und dem Material auf der anderen Seite der Oberfläche ab. Wenn ein Material mit einem Brechungsindex, der zwischen dem von Luft und dem der LED-Materialien liegt, auf die Oberfläche aufgetragen wird, erhöht sich der kritische Winkel und so gelangt eine wesentliche Menge des Lichts, das verlogen gegangen wäre, nun aus der LED heraus und in die aufgetragene Schicht. Zweitens stellt die Kuppelform sicher, dass im Wesentlichen das gesamte Licht, das in die aufgetragene Schicht eintritt, in Winkeln auf die Grenze zwischen der aufgetragenen Schicht und Luft auftrifft, die kleiner sind als der kritische Winkel in Bezug auf diese Oberfläche, und so aus der aufgetragenen Schicht entweicht. Wenn die aufgetragene Schicht nicht die Kuppelform hätte, würde ein wesentlicher Bruchteil des Lichts, das in diese Schicht gelangte, in dieser Schicht eingefangen werden.
  • Tatsächlich stellt die Kuppel-Luft-Grenzfläche die Extraktionsfunktion zum Sicherstellen, dass Licht, das in die Einkapselungsschicht gelangt, die Einkapselungsschicht verlässt, bereit. Diese Funktion nimmt jedoch an, dass die Quelle des Lichts, das auf die Kuppeloberfläche auftrifft, der LED-Chip ist. Nun wird Bezug auf die 6A und 6B genommen, die zwei unterschiedliche Kuppeleinkapselungsschemata darstellen. 6A stellt ein Kuppeleinkapselungsschema dar, in dem ein Chip 151 sich innerhalb einer Kuppel 153 befindet, die auch einen Abschnitt eines Reflektors 152 bedeckt. Das Licht, das die Seitenoberfläche des Chips 151 verlässt, trifft auf den Reflektor auf, bevor es auf die Oberfläche der Kuppel 153 auftrifft. Die Reflexion verändert den Winkel, in dem das Licht auf die Oberfläche der Kuppel auftrifft, derart, dass das Licht nun in einem Winkel auf die Kuppeloberfläche auftrifft, der größer ist als der kritische Winkel θc in Bezug auf die Normale zu der Oberfläche der Kuppel 153, und so wird das Licht innen reflektiert und entweicht nicht aus der Kuppel. Schließlich entweicht ein Teil dieses Lichts nach einer Anzahl zusätzlicher Reflexionen aus der Kuppel; die erhöhte Weglänge und zusätzliche Reflexionen jedoch führen zu der Absorption eines Teils des Lichts. Nun wird Bezug auf 6B genommen, die ein Einkapselungsschema darstellt, in dem die Kuppel 154 in einer Art und Weise aufgebaut ist, die einen Luftzwischenraum zwischen der Kuppel und dem Reflektor hinterlässt. In diesem Fall trifft das Licht aus der LED 151 in einen Winkel auf die Kuppel 154 auf, der kleiner ist als der kritische Winkel, und so entweicht seitlich emittiertes Licht. Nachdem das Licht entweicht, trifft das Licht auf den Reflektor 152 und wird in die Vorwärtsrichtung umgeleitet. Entsprechend ist bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Kuppelstruktur von dem Reflektor durch einen Luftzwischenraum getrennt, derart, dass Licht, das die Seitenoberfläche des Chips verlässt, die Einkapselungskuppel vor einem Auftreffen auf den Reflektor verlässt.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden eine einzelne Schicht aus Einkapselungsmaterial. Ausführungsbeispiele jedoch, in denen das Einkapselungsmedium mehrere Schichten umfasst, können ebenso aufgebaut werden. Nun wird Bezug auf 7 genommen, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, in dem die Einkapselungsschicht zwei Unterschichten umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Chip 161 zwischen dem Substrat 160 und einer ersten Unterschicht 162 eingekapselt. Der eingekapselte Chip wird dann mit einer kuppelförmigen Schicht 163 bedeckt, die die Lichtextraktionsfunktion bereitstellt, die oben erläutert wurde. Die Unterschicht 162 könnte ein Material umfassen, das das Spektrum von Licht von demjenigen, das durch den Chip 161 emittiert wird, verändert. Die Unterschicht 162 könnte z. B. ein Leuchtstoff- oder Lumineszenzmaterial umfassen, das das gesamte Licht oder einen Teil des Lichts von der LED 161 absorbiert und Licht eines unterschiedlichen Spektrums emittiert. Zusätzlich könnte die Unterschicht 162 einen Farbstoff umfassen, der Licht in einem Teil des Spektrums absorbiert, ohne das Licht erneut in der optischen Region des Spektrums zuzulassen. Die Leuchtstoffe oder Lumineszenzmaterialien könnten in einer Teilchenform vorliegen oder in dem Material der Unterschicht 162 löslich sein. Da derartige Materialien Licht in alle Richtungen emittieren, nachdem sie durch das Licht von der LED 161 angeregt wurden, wird die sichtbare Größe der Lichtquelle auf die Größe der Unterschicht 162 verändert. Entsprechend sollte die Größe der kuppelförmigen Unterschicht 163 ausreichen, um sicherzustellen, dass im Wesentlichen das gesamte Licht, das die Unterschicht 162 verlässt, in Winkeln auf die kuppelförmige Oberfläche auftrifft, die kleiner sind als der kritische Winkel in Bezug auf die Luft-Einkapselungsmaterial-Grenze der Unterschicht 163.
  • Nun wird Bezug auf 8A genommen, die ein Verbindungsschema darstellt, in dem die einzelnen LEDs jeder Farbe in Serie geschaltet sind. Bei dieser Anordnung umfasst die in 5 gezeigte Metallschicht drei Metallleiterbahnen 101 bis 103, die Zwischenräume, wie z. B. einen Zwischenraum 105, an jedem Punkt umfassen, an dem eine LED angeschlossen werden soll. Alle blauen LEDs 111 sind mit der Leiterbahn 101 verbunden, derart, dass die LED die Schaltung über einen der Zwischenräume in der Leiterbahn 101 schließt. Ähnlich sind die grünen LEDs 112 über die Zwischenräume in der Leiterbahn 102 geschaltet und die roten LEDs 113 sind über die Zwischenräume in der Leiterbahn 103 geschaltet. Die Enden jeder Leiterbahn sind mit Leitern in einem Verbinder 32 verbunden.
  • Während das in 8A gezeigte Ausführungsbeispiel drei Gruppen von LEDs aufweist, sind Ausführungsbeispiele mit anderen Anzahlen von Gruppen in bestimmten Situationen ebenso nützlich. Zum Beispiel erfordert eine einfarbige Quelle nur eine Gruppe von LEDs. Ferner stellen Ausführungsbeispiele, die vier Gruppen von LEDs aufweisen, eine Anzahl von Vorteilen bereit. Nun wird Bezug auf 8B genommen, die das Verbindungsschema, das in 8A gezeigt ist, in erweiterter Form darstellt, um eine zusätzliche Gruppe von LEDs, die mit „X" bezeichnet sind, zu umfassen. Die zusätzliche Gruppe ist durch die Bereitstellung eines zusätzlichen Leiters 104 implementiert, der Zwischenräume für die neue Gruppe von bei 114 gezeigten LEDs aufweist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel ist X eine zusätzliche grüne LED. Die relative Wirksamkeit grüner LEDs ist wesentlich kleiner als diejeniger roter und blauer LEDs. So sind in Ausführungsbeispielen, in denen die LEDs nahe bei den maximalen Nennströmen betrieben werden sollen, zusätzliche grüne LEDs nötig, um den gleichen Bereich von Farben bereitzustellen und dennoch die roten und blauen LEDs nahe dem maximalen Strom für diese LEDs beizubehalten.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist X eine „weiße" LED. Weiße LEDs, basierend auf blauen LEDs, die durch einen gelben Leuchtstoff bedeckt sind, der einen Teil des blauen Lichts in gelbes Licht umwandelt, weisen eine größere Leistungsumwandlungseffizienz auf als Weißlichtquellen, die aus roten, blauen und grünen LEDs aufgebaut sind. In vielen Anwendungen jedoch ist eine Weißlichtquelle nützlich, die einen eingeschränkten Bereich von Farbabstimmung um das Weißlicht herum, das durch die weiße LED bereitgestellt wird, aufweist.
  • Bei wiederum einem weiteren Ausführungsbeispiel ist X eine bernsteinfarbige oder cyanfarbige LED. Derartige Lichtquellen weisen eine breitere Farbpalette auf und sind so in spezifischen Anwendungen, die Farbpunkte in der bernsteinfarbigen oder cyanfarbigen Region des Farbraums benötigen, nützlich.
  • Die minimale Breite der oben erläuterten Ausführungsbeispiele wird durch die Größe einer in 3 gezeigten Öffnung 42 und die Größe des Verbinders 32 bestimmt. Wenn eine Lichtquelle mit reduzierter Breite benötigt wird, kann der Verbinder 32 an dem Ende der Reihe von LEDs platziert werden, derart, dass der Verbinder die Breite oder Länge der Lichtquelle nicht erhöht.
  • Nun wird Bezug auf 9 genommen, die eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lichtquelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Eine Lichtquelle 120 umfasst eine Mehrzahl von LEDs 122, die in einer Öffnung 121 in einer Abdeckung 125 positioniert sind. Die LEDs sind auf einem Schaltungsträger angeordnet, der analog zu demjenigen ist, der oben beschrieben wurde. Die Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger sind mit einem Verbinder 123 verbunden, der in einer Öffnung in der Abdeckung 125 an dem Ende der Abdeckung 125 positioniert ist.
  • Während der Verbinder 123 als in eine Öffnung in der Abdeckung 125 mit drei Seiten eingesetzt gezeigt ist, soll angemerkt werden, dass Seiten 126 und 127 optional sind. Dies bedeutet, dass die Abdeckung 125 einfach enden könnte und den Abschnitt des darunter liegenden Schaltungsträgers, an dem die Verbinderanschlussflächen frei liegen, lässt.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden eine Anordnung mit einer Reihe von LEDs. Ausführungsbeispiele mit mehreren Reihen von LEDs könnten jedoch ebenso aufgebaut werden. Nun wird Bezug auf 10 genommen, die eine Draufsicht einer Lichtquelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Die Lichtquelle 130 umfasst drei Reihen von LEDs, die bei 131 bis 133 gezeigt sind. Jede Reihe von LEDs ist durch einen Reflektor des oben beschriebenen Typs umgeben.
  • Wie zuvor bei der Beschreibung der 1 bis 5 angemerkt wurde, könnten die Abdeckung und der Träger Löcher 41 und 51 umfassen, die einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 48 umfassen. Die Löcher können verwendet werden, um die Abdeckung mit dem Basisabschnitt unter Verwendung eines mit einem Gewinde versehenen Verbinders zu verbinden, wenn keine Haftmittelverbindung eingesetzt wird. Zusätzlich können die Löcher eingesetzt werden, um die Lichtquelle mit einer darunter liegenden Oberfläche zu verbinden, um die Übertragung von Wärme von den LEDs zu der in Frage kommenden Oberfläche zu erleichtern. Nun wird Bezug auf 11 genommen, die eine Querschnittsansicht einer Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Eine Lichtquelle 170 umfasst ein mit einem Gewinde versehenes Loch 176 in einer Abdeckung 172, das mit einem Loch in einem Träger 174 ausgerichtet ist, derart, dass ein Bolzen 171 verwendet werden kann, um die Lichtquelle 170 mit einem Substrat 173 mit ausreichender Kraft zu verbinden, um die Übertragung von Wärme von LEDs 175 zu dem Substrat 713 zu erleichtern.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden eine kuppelförmige Einkapselungsschicht über jedem Chip. Zu Zwecken dieser Anmeldung ist eine Schicht als „kuppelförmig" definiert, wenn die Schicht eine konvexe Oberfläche gegenüber der Oberfläche der LED aufweist, die das Licht emittiert, und der Krümmungsradius der Oberfläche derart ist, dass Licht, das diese Oberfläche der LED verlässt, in Winkeln relativ zu der Normalen zu der Oberfläche auf die Oberfläche auftrifft, die es ermöglichen, dass das Licht durch die Oberfläche der kuppelförmigen Schicht entweichen kann. Allgemein ist das Licht, das die Oberfläche der LED verlässt, auf einen Kegel von Winkeln um die Normale zu dieser Oberfläche begrenzt. Der Kegel von Winkeln ist durch den Unterschied eines Brechungsindex zwischen dem Material, aus dem die LED aufgebaut ist, und dem Einkapselungsmaterial bestimmt. Ähnlich hängt der Kegel von Winkeln um die Normale zu der kuppelförmigen Oberfläche, durch die Licht aus dieser Schicht austreten kann, von dem Brechungsindex des Einkapselungsmaterials und der Luft ab. Das Licht, das aus der Kuppel entweicht, hängt außerdem etwas von dem Ort auf dem Chip ab, an dem das Licht aus dem Chip austritt, da die Chips eine endliche Größe aufweisen.
  • Bei der obigen Beschreibung spricht man davon, dass eine Schicht ein Objekt einkapselt, wenn diese Schicht gemeinsam mit einer Schicht aus undurchdringbarem Material, an der das Objekt angebracht ist, das Objekt umgibt. So ist ein Chip, der mit einer ersten Oberfläche verbunden ist und durch eine Schicht aus einem Material bedeckt ist, als durch die Schicht des Materials „eingekapselt" definiert.
  • Verschiedene Modifizierungen an der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der vorstehenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden. Entsprechend soll die vorliegende Erfindung lediglich durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims (9)

  1. Lichtquelle (30), die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Chips (56), wobei jeder Chip eine LED aufweist, wobei jeder Chip eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und eine oder mehrere Seitenoberflächen aufweist; einen LED-Träger (50), der einen metallischen Kern (52) aufweist, der eine obere und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die obere Oberfläche mit einer Schaltungsschicht verbunden ist, wobei die Chips (56) mit der Schaltungsschicht verbunden sind; eine Abdeckung (40), die mit dem LED-Träger (50) verbunden ist, wobei die Abdeckung (40) eine erste Öffnung aufweist, die es ermöglicht, dass Licht von den LEDs die Abdeckung (40) verlassen kann, wobei die Öffnung Seiten aufweist, die schräg nach innen verlaufen, derart, dass Licht, das eine Seitenoberfläche eines der Chips (56) verlässt, durch eine der Seiten aus der Öffnung herausreflektiert wird; und eine kuppelförmige Einkapselungsschicht (60) über jedem der Chips (56), wobei die Einkapselungsschicht von den Seiten der Öffnung derart beabstandet ist, dass ein Luftzwischenraum zwischen den Einkapselungsschichten und den Seiten vorliegt, wobei der Luftzwischenraum derart positioniert ist, dass Licht, das die Seitenoberflächen der Chips (56) verlässt, durch den Luftzwischenraum läuft, bevor es durch eine der Seiten reflektiert wird.
  2. Lichtquelle (30) gemäß Anspruch 1, bei der die untere Oberfläche des Metallkerns eine äußere Oberfläche der Lichtquelle (30) aufweist.
  3. Lichtquelle (30) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Schaltungsschicht Befestigungsanschlussflächen (55) aufweist, mit denen die Chips (56) verbunden sind, und wobei die Lichtquelle (30) ferner einen Verbinder aufweist, der Verbindungen zu Schaltungsleitern bereitstellt, die mit den Verbindungsanschlussflächen verbunden sind; sowie eine zweite Öffnung in der Abdeckung (40), die Zugang zu dem Verbinder schafft.
  4. Lichtquelle (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Metallkern eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 10 W/m·K bei 25 Grad Celsius aufweist.
  5. Lichtquelle (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Abdeckung (40) Aluminium, das mit Nickel plattiert ist, auf einer Oberfläche der ersten Öffnung aufweist.
  6. Lichtquelle (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Schaltungsschicht einen wärmeleitfähigen Isolator (53) mit einer Dicke von weniger als 0,1016 mm mit einer ersten Oberfläche, die mit dem Metallkern (52) verbunden ist, und einer zweiten Oberfläche, die mit den Schaltungsleitern verbunden ist, aufweist.
  7. Lichtquelle (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das kuppelförmige Einkapselungsmaterial ein erstes Einkapselungsmaterial (162) mit einem Material, das Licht, das durch die LED emittiert wird, die durch das erste Einkapselungsmaterial eingekapselt ist, in Licht einer unterschiedlichen Wellenlänge umwandelt, und ein zweites klares Einkapselungsmaterial (163), das über der ersten Einkapselungsschicht liegt, aufweist.
  8. Lichtquelle (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner erste und zweite Löcher (41, 51) in der Abdeckung (40) und dem LED-Träger (50) aufweist, wobei die ersten und die zweiten Löcher (41, 51) in der Abdeckung (40) mit den ersten und den zweiten Löchern (51) in dem LED-Träger (50) ausgerichtet sind, derart, dass die äußere Oberfläche der Lichtquelle (30) mit einem externen Objekt verbunden ist, wenn Halterungen durch die Löcher und das äußere Objekt verbunden sind.
  9. Lichtquelle (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Chips (56) in einem linearen Array mit zumindest einer Reihe von LEDs, die parallel zu einer Seite der ersten Öffnung ist, angeordnet sind.
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