DE102009018087A1 - Light emitting device i.e. industrial light emitting device such as traffic signal, has wavelengths converting material surrounding LED, and including filler particles whose concentration is lowest in areas where color conversion is smaller - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft lichtemittierende Vorrichtungen und verwandte Komponenten, Systeme und Verfahren und insbesondere lichtemittierende Dioden (LEDs) mit verstärkter Farbstabilität und Bereichen mit Wärmeentfernung und Verfahren. Weiterhin betrifft sie Verfahren und Konfigurationen für farbstabile LED-Systeme für hohen Strom.The This invention relates to light emitting devices and related Components, systems and methods and in particular light emitting diodes (LEDs) with enhanced color stability and ranges with heat removal and procedures. Furthermore, it relates Methods and configurations for color stable LED systems for high current.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Es gibt zwei verschiedene Typen von weißen Lichtquellen, die mindestens eine lichtemittierende Diode LED verwenden. Bei einem ersten Typ von weißen Lichtquellen wird das weiße Licht durch Mischen der direkten Emission von verschieden farbigen LEDs, beispielsweise durch Kombination von Emissionen von einer roten LED, einer grünen LED und einer blauen LED, erzeugt.It There are two different types of white light sources, the use at least one light emitting diode LED. At a first type of white light sources becomes the white one Light by mixing the direct emission of differently colored LEDs, for example by combining emissions of one red LED, a green LED and a blue LED, generated.
Bei dem zweiten Typ von weißen Lichtquellen erzeugt mindestens eine LED ein erstes Spektrum, das teilweise in ein zweites, unterschiedlichen Spektrum mit einem Leuchtstoff umgewandelt wird, wobei die Mischung aus dem ersten und dem zweiten Spektrum zu einem weißen Licht führt. Ein Beispiel für diese weiße Lichtquelle ist eine eine blaue LED verwendende Quelle, die auf einen Leuchtstoff leuchtet, der ein Material umfasst, das blaues Licht in gelbes Licht umwandelt und wobei ein Teil des blauen Anregungslichts nicht durch den Leuchtstoff absorbiert wird, und das restliche blaue Anregungslicht wird mit dem gelben Licht, das von dem Leuchtstoff emittiert wird, kombiniert, wobei das weiße Licht erzeugt wird.at The second type of white light sources generates at least an LED a first spectrum, partially in a second, different spectrum is converted with a phosphor, the mixture of the first and the second spectrum leads to a white light. An example of this white light source is one a blue LED source that glows on a phosphor, which includes a material that converts blue light into yellow light and wherein a portion of the blue excitation light is not absorbed by the phosphor and the remaining blue excitation light becomes yellow Light emitted from the phosphor combines, wherein the white light is generated.
Die Verwendung dieser lichtemittierenden Quellen vom zweiten Typ mit Dioden (LEDs) für Beleuchtungsanwendungen im Feststoffzustand ist gut bekannt. Verschiedene LED-Vorrichtungen weisen Anwendungen, wie Verkehrssignale, Rücklichteinheiten mit Flüssigkristalldisplay (LCD), Außenbeleuchtungen etc. auf. Eine GaN-LED ist ein Beispiel für eine LED, die üblicherweise in diesen Anwendungen verwendet wird.The Use of these light-emitting sources of the second type with Diodes (LEDs) for solid state lighting applications is well known. Different LED devices have applications like traffic signals, backlight units with liquid crystal display (LCD), outdoor lighting, etc. on. A GaN LED is on Example of an LED, usually in these Applications is used.
Weißes Licht emittierende Hochleistungsdioden (LEDs) mit Leuchtstoff-Umsetzung haben eine schnelle Entwicklung aufgrund ihrer erfolgversprechenden Anwendbarkeit bei Beleuchtungen im Feststoffzustand durchgemacht. Um dem ansteigenden Erfordernis eines hohen Lichtflusses zu genügen, wurde die Stromdichte der LEDs erhöht und dieses führte zu einem hohen Wärmefluss, der im LED-Chip erzeugt wird. Mit der Verbesserung der Halbleitermaterialqualität und Prozesstechnologien haben die LEDs eine hohe Quanteneffizienz ermöglicht, selbst wenn die Übergangszonenbetriebstemperatur höher als 125°C ist. Das Problem ist die erhöhte Übergangszonentemperatur, die normalerweise zu vielen Problemen führt, die mit der Geräteverlässlichkeit und mit den Eigenschaften des weißen Lichts in Beziehung stehen.white High-performance light-emitting diodes (LEDs) with phosphor conversion have a rapid development due to their promising Applicability for solid state lighting undergone. To meet the increasing requirement of a high flux of light was the current density of the LEDs increased and led this to a high heat flow, which is generated in the LED chip. With the improvement of semiconductor material quality and Process technologies, the LEDs have enabled high quantum efficiency, even if the transition zone operating temperature is higher than 125 ° C is. The problem is the increased transition zone temperature, which usually leads to many problems with the Device reliability and with the features of the white light.
Deswegen ist die Energieeffizienz von kommerziellen GaN-LEDs unzureichend, um den Bedürfnissen der Verbraucher gerecht zu werden. Weitere Probleme resultieren aus den Photoneu, die von der aktiven Schicht der LED emittiert werden. Diese sind vielfachen Reflexionen an den verschiedenen Grenzflächen der LED-Struktur unterworfen, wenn sie von der aktiven Schicht zur oberen Oberfläche des LED-Chips wandern. Dieses Problem ist insbesondere an der Grenzfläche zwischen Medien mit signifikant unterschiedlichen Brechungsindices schwerwiegend. Im Ergebnis wird die Vielzahl der Photonen innerhalb der aktiven Schicht absorbiert.therefore is the energy efficiency of commercial GaN LEDs inadequate, to meet the needs of consumers. Other problems result from the photoneu, the active Layer of the LED to be emitted. These are multiple reflections subjected to the LED structure at the various interfaces, when moving from the active layer to the upper surface of the LED chip wander. This problem is especially at the interface between media with significantly different refractive indices severe. As a result, the multiplicity of photons within absorbed by the active layer.
Eine Vielzahl von Techniken sind angewendet worden, mit dem Ziel, die Energieeffizienz einer LED zu erhöhen, wie die Erhöhung der internen Quanteneffizienz der LED, die Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz (LEE) der LED, wobei diese Verfahren als Oberflächentexturmodifikation oder Chip-Formung angewendet wurden.A Variety of techniques have been applied with the aim of which Energy efficiency of an LED increase, such as the increase the internal quantum efficiency of the LED, improving the light extraction efficiency (LEE) of the LED, these methods being used as a surface texture modification or chip-forming were applied.
Bei der herkömmlichen weißen LED-Kapselkonfiguration mit Leuchtstoff-Umsetzung, wird der Leuchtstoff im Allgemeinen in einem transparenten Epoxid gemischt und dann direkt auf den LED-Chip ohne Wärmeisolation aufgetragen. Der Anstieg der Chipeingangsleistungsdichte lässt den LED-Chip Wärme erzeugen, und die Wärme wird gleichzeitig auf die Leuchtstoffbeschichtungsschicht übertragen. Die Leuchtstoffmaterialien, die bei Leuchtstoff umwandelnden weißen LEDs verwendet werden, sind wärmeempfindlich, und die Überhitzung der Leuchtstoffbeschichtungsschicht kann zu einem degradierten ausgehenden Licht und zu einer reduzierten Verlässlichkeit der LEDs im Langzeitbetrieb führen.at the conventional white LED capsule configuration with phosphor implementation, the phosphor is generally in a transparent epoxy mixed and then directly to the LED chip without Thermal insulation applied. The increase in chip input power density lets the LED chip generate heat, and the heat is simultaneously transferred to the phosphor coating layer. The Fluorescent materials that convert to fluorescent white LEDs are used, are heat sensitive, and overheating The phosphor coating layer may be degraded Light and reduced reliability of the LEDs in long-term operation.
Deswegen ist ein gutes Wärmemanagement für die LED-Hochleistungsverkapselung für Leuchtstoff-Umsetzung ein Schlüsseldesignparameter für die Verkapselung als auch für Systemebeneanwendungen und daher sehr wünschenswert.therefore is a good thermal management for the high performance LED encapsulation for phosphor implementation a key design parameter for encapsulation as well as for system-level applications and therefore very desirable.
Neue Verkapselungstechnologien für weiße Hochleistungs-LEDs mit Leuchtstoff-Umsetzung werden benötigt, wobei Lösungen für ein besseres Wärmemanagement verwirklicht werden können.New Encapsulation technologies for white high power LEDs with phosphor conversion are needed, taking solutions realized for a better thermal management can be.
Verschiedene Technologien haben die Aufmerksamkeit auf die Entwicklung von LED-Verkapselungsmaterialien mit geringer Wärmebeständigkeit und auf Wärme entfernende Mechanismen vom LED-Chip gerichtet. Wir wissen aus Studien über die Wärmeleistung der Leuchtstoffbeschichtungsschicht in weißen LEDs, dass die Leuchtstoffbeschichtungskonfiguration immer eine wichtige Rolle bei der Hochleistungseigenschaft und der Farbeigenschaftenstabilität von weißen LEDs spielt.Various technologies have focused attention on the development of low heat resistant LED encapsulants and on heat removing mechanisms from the LED chip. We know from studies about the Thermal performance of the phosphor coating layer in white LEDs indicates that the phosphor coating configuration always plays an important role in the high performance and color characteristic stability of white LEDs.
Technologien
mit dem Ziel, der oben erwähnte Herausforderung zu begegnen,
sind beispielsweise beschrieben in:
Obwohl
alle diese Lösungen vorgeschlagen worden sind, um die thermischen
Effekte auf die Farbstabilität der lichtemittierenden Vorrichtungen
zu beseitigen, kann immer noch beobachtet werden, dass signifikante
Nachteile, wie der Einfluss der
Überhitzung auf die
Leuchtstoffbeschichtungsschicht, was zu einem degradierten ausgehenden Licht
führt, noch nicht durch die
oben diskutierten Techniken
beseitigt worden sind.Although all of these solutions have been proposed to eliminate the thermal effects on the color stability of the light-emitting devices, it can still be observed that significant disadvantages such as the influence of the
Overheating on the phosphor coating layer, resulting in a degraded outgoing light, not yet through the
techniques discussed above have been eliminated.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren und System mit verbesserter Feinabstimmung der optischen Eigenschaften und Farbstabilität der lichtemittierenden Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um auf diese Weise weiterhin die Farbqualität unter den einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen zu verbessern, mindestens durch ein besseres Management der Wärmestabilität der Vorrichtung, mindestens durch Bereitstellung eines verbesserten Mechanismus der Temperaturverringerung in der Leuchtstoffschicht mit einer effizienteren Wärmeevakuierung. Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung vor, die zum Ziel hat, mindestens Konfigurationen, Materialformulierungen und Techniken für eine effizientere Entfernung der Wärmeenergie von der Grenzfläche zwischen dem lichtemittierenden Material und der Leuchtstoffschicht zur Verfügung zu stellen, was zu einer verbesserten Wärmeevakuierung vom aktiven Element führt.It The object of the present invention is a light-emitting device and a corresponding method and system with improved fine tuning the optical properties and color stability of the light-emitting Device to provide in this way continue the color quality among the individual light-emitting Improve devices, at least through better management the thermal stability of the device, at least by providing an improved mechanism of temperature reduction in the phosphor layer with more efficient heat evacuation. The present invention proposes a solution which has the goal, at least configurations, material formulations and techniques for more efficient removal of heat energy from the interface between the light-emitting material and the phosphor layer to provide what for improved heat evacuation from the active element leads.
Diese
Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche
gelöst. Die abhängigen Ansprüche entwickeln
weiterhin die zentrale
Idee der vorliegenden Erfindung.This object is solved by the independent claims. The dependent claims continue to develop the central
Idea of the present invention.
Im Allgemeinen sind gemäß der folgenden Erfindung in der Farbumwandlungsschicht Partikel mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit zusätzlich zum Leuchtstoffmaterial vorhanden.in the Generally, according to the following invention in the color conversion layer particles having a high thermal Conductivity in addition to the phosphor material available.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Im Lichte des obigen werden mindestens eine lichtemittierende Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1, ein lichtemittierendes System und ein Verfahren zur Bereitstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit erhöhter Farbstabilität zur Verfügung gestellt.in the Light of the above will be at least one light-emitting device according to independent claim 1, a light-emitting System and method for providing a light emitting Device with increased color stability available posed.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine lichtemittierende Vorrichtung zur Verfügung gestellt. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle, die mindestens eine lichtemittierende Diode (LED) umfasst und ein Wellenlängen umwandelndes Material („Phosphor” oder „Leuchtstoff”), das so angeordnet ist, dass es die mindestens eine lichtemittierende Diode umgibt. Das lichtumwandelnde Material ist mindestens ein solches aus einem lichttransparenten Material und einem teilweise lichttransparenten Material, und es ist so angeordnet, dass es die LED mindestens in Richtung des Lichts, das von der Lichtquelle emittiert wird, umgibt. Ein Teil des Wellenlängen umwandelnden Materials umfasst eine Vielzahl von lumineszenten Pigmenten für die Farbumwandlung, und ein Teil des Wellenlängen umwandelnden Materials umfasst Füllstoffpartikel. Die Füllstoffpartikel ersetzen mindestens einen Teil des mindestens teilweise transparenten Materials und stellen die Farbstabilität der lichtemittierenden Vorrichtung bei verschiedenen Strömen sicher.To an embodiment of the present invention is a light-emitting device provided. The light-emitting device comprises at least one light source, which comprises at least one light emitting diode (LED) and a Wavelength converting material ("phosphor" or "phosphor"), which is arranged so that it is the at least one light-emitting Diode surrounds. The light-converting material is at least one such from a light transparent material and a partially light transparent Material, and it is arranged so that the LED is at least in Direction of the light emitted from the light source surrounds. A part of the wavelength converting material comprises a variety of luminescent pigments for color conversion, and a part of the wavelength converting material Filler. Replace the filler particles at least a portion of the at least partially transparent material and provide the color stability of the light-emitting device safe at different currents.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit erhöhter Farbstabilität zur Verfügung gestellt. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst mindestens eine Lichtquelle, die mindestens eine lichtemittierende Diode und ein Wellenlängen umwandelndes Material, das so angeordnet ist, dass es mindestens eine lichtemittierende Diode umgibt. Das Wellenlängen umwandelnde Material ist mindestens ein solches aus einem lichttransparenten Material und einem teilweise lichttransparenten Material, und es ist so angeordnet, dass es die LED mindestens in Richtung des Lichts, das von der Lichtquelle emittiert wird, umgibt. Ein Teil des Wellenlängen umwandelndes Materials umfasst eine Vielzahl von lumineszenten Pigmenten für die Farbumwandlung, und ein Teil des wellenlängen- umwandelnden Materials umfasst Füllstoffpartikel. Das Verfahren zur Bereitstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit erhöhter Farbstabilität umfasst mindestens die Stufen der Bestimmung einer optimalen Menge an Füllstoffpartikel für ein ausgewähltes Wellenlängen umwandelndes Material und die Anwendung ausgewählter Mengen der Füllstoffpartikel in dem Wellenlängen umwandelnden Material, wobei die Menge der Füllstoffpartikel am höchsten in Bereichen ist, in denen das meiste umgewandelte Licht erzeugt wird, und am niedrigsten in Bereichen, in denen die Farbumwandlung am niedrigsten ist.To another embodiment of the present invention discloses a method of providing a light-emitting device with increased color stability available posed. The light-emitting device comprises at least one light source, the at least one light emitting diode and a wavelength converting material arranged to at least surround a light emitting diode. The wavelength converting Material is at least one of a light transparent Material and a partially light-transparent material, and it is arranged so that the LED is at least in the direction of the light, which is emitted by the light source surrounds. Part of the wavelengths Converting material includes a variety of luminescent pigments for the color conversion, and part of the wavelength-converting Material includes filler particles. The procedure for Providing a light-emitting device with increased Color stability includes at least the stages of determination an optimal amount of filler particles for a selected wavelength converting material and the use of selected amounts of the filler particles in the wavelength converting material, wherein the amount the filler particle highest in areas is where most of the converted light is generated, and am lowest in areas where the color conversion is lowest is.
Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein farbstabiles, lichtemittierendes System zur Verfügung gestellt. Das farbstabile, lichtemittierende System umfasst mindestens eine Lichtquelle, die eine Vielzahl von lichtemittierenden Dioden, die in einer vorbestimmten Konfiguration angeordnet sind, wobei jede der Vielzahl einer lichtemittierenden Diode eine farbstabile lichtemittierende Vorrichtung bei verschiedenen Strömen ist und mindestens eine Lichtquelle, die mindestens eine lichtemittierende Diode (LED) umfasst, wobei ein Wellenlängen umwandelndes Material so angeordnet ist, dass es die mindestens eine lichtemittierende Diode umgibt. Das Wellenlängen umwandelnde Material ist mindestens ein solches aus einem lichttransparenten Material und einem teilweise lichttransparenten Material, wobei das Wellenlängen umwandelnde transparente Material so angeordnet ist, dass es die LED mindestens in Richtung des Lichts, das von der Lichtquelle emittiert wird, umgibt. Ein Teil des Wellenlängen umwandelnden Materials umfasst eine Vielzahl von lumineszenten Pigmenten für die Farbumwandlung, und der gleiche oder ein anderer Teil des umwandelnden Materials umfasst Füllstoffpartikel. Die Vielzahl der lichtemittierenden Dioden weist entweder gleiche oder unterschiedliche Lichtemissionseigenschaften auf.To another embodiment of the present invention will provide a color-stable, light-emitting system posed. The color stable light emitting system comprises at least a light source comprising a plurality of light emitting diodes, which are arranged in a predetermined configuration, wherein each of the plurality of light emitting diodes is a color stable one light emitting device at different currents and at least one light source, the at least one light emitting Diode (LED) includes, where a wavelength converting Material is arranged so that it has at least one light-emitting Diode surrounds. The wavelength converting material is at least one of a light transparent material and a partially light transparent material, wherein the wavelengths transforming transparent material is arranged so that it is the LED at least in the direction of the light emitted by the light source will, surround. Part of the wavelength converting material includes a variety of luminescent pigments for color conversion, and the same or another part of the transforming material includes filler particles. The variety of light-emitting Diodes have either the same or different light emission characteristics on.
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten, die mit den hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.Further Advantages, features, aspects and details that are described with the here Embodiments can be combined From the dependent claims, the description and the drawings.
Bei der oben erwähnten lichtemittierenden Vorrichtung ist die Farbstabilität in den lichtemittierenden Vorrichtungen, wo mindestens teilweise transparentes Material durch Füllstoffpartikel ersetzt ist, höher als in lichtemittierenden Vorrichtungen, worin das mindestens teilweise transparente Material nicht durch Füllstoffpartikel ersetzt ist. Die Füllstoffpartikel können mindestens ein solches aus Bornitrid, Metallen, Halbleitermaterialien und kristallinen Materialien sein. Die Wärmeleitfähigkeit der Füllstoffpartikel ist höher als die Wärmeleitfähigkeit des teilweise transparenten Materials. Die lichtemittierende Diode ist ein blaues Licht emittierende Diode, und das mindestens teilweise transparente Material ist ein Komposit aus Materialien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen. Das mindestens teilweise transparente Material umfasst mindestens ein solches aus Silizium, einem organischen Polymer, einem organisch-anorganischen Hybridmaterial, einem Material vom Glastyp, einem Material vom Keramiktyp und einem Sol-Gel-Glas, wobei das organische Polymer beispielsweise ein solches aus PMMA und Polyimid ist und das Material vom Glastyp ein lichtempfindliches Glasmaterial ist. Die lumineszenten Pigmente sind mindestens ein solches aus einem Material vom Leuchtstofftyp, organischen Molekülen oder Polymeren und Nanokristallen. Das Material vom Leuchtstofftyp kann eine oder mehrere der Klassen Leuchtstoff vom YAG-Typ, Leuchtstoff vom BOSE-Typ und Leuchtstoff vom Nitrid-Typ mit spezifischer stöchiometrischer Zusammensetzung sein. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst weiterhin eine darauf angeordnete Diffuserplatte, um das Licht, das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, zu homogenisieren.In the above-mentioned light emitting device, the color stability in the light emitting devices where at least partially transparent material is replaced by filler particles is higher than in light emitting devices in which the at least partially transparent material is not replaced by filler particles. The filler particles may be at least one of boron nitride, metals, semiconductor materials and crystalline materials. The thermal conductivity of the filler particles is higher than the thermal conductivity of the partially transparent material. The light emitting diode is a blue light emitting diode, and the at least partially transparent material is a composite of materials having different chemical compositions. The at least partially transparent material includes at least one of silicon, an organic polymer, an organic-inorganic hybrid material, a glass-type material, a ceramic-type material, and a sol-gel glass, the organic polymer being, for example, PMMA and polyimide and the glass type material is a photosensitive glass material. The luminescent Pigments are at least one of a phosphor type material, organic molecules or polymers and nanocrystals. The phosphor type material may be one or more of the classes of YAG-type phosphor, BOSE-type phosphor, and nitride-type phosphor of specific stoichiometric composition. The light-emitting device further includes a diffuser plate disposed thereon to homogenize the light emitted from the light-emitting device.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens einen ersten Teil des mindestens teilweise lichttransparenten Materials, das lumineszente Pigmente für die Farbumwandlung umfasst, auf, und der erste Teil oder mindestens ein anderer Teil des mindestens teilweise lichttransparenten Materials enthält Füllstoffpartikel, die das mindestens teilweise transparentes Material ersetzen. Die Füllstoffpartikel stellen sicher, dass die Mediumtemperatur innerhalb des mindestens teilweise transparenten Materials niedriger als die Mediumtemperatur der gleichen Vorrichtung ist, wo das mindestens teilweise transparente Material nicht durch Füllstoffpartikel ersetzt ist.The Light-emitting device according to the present invention Invention has at least a first part of at least partially light transparent material, the luminescent pigments for the color conversion comprises, on, and the first part or at least another part of the at least partially light-transparent material contains filler particles that at least partially replace transparent material. The filler particles Make sure the medium temperature is within the minimum partially transparent material lower than the medium temperature the same device is where the at least partially transparent Material is not replaced by filler particles.
Die lichtemittierende Diode (LED) kann eine Quelle elektromagnetischer Strahlung, die eine erste Wellenlänge emittiert, sein, und das Material, das die Quelle elektromagnetischer Strahlung, die eine erste Wellenlänge emittiert, umgibt, ist ein mindestens teilweise lichttransparentes Material. Das Material, das die Quelle elektromagnetischer Strahlung, die eine erste Wellenlänge emittiert, umgibt, umgibt die Quelle elektromagnetischer Strahlung mindestens in Richtung der Strahlung.The light emitting diode (LED) can be a source electromagnetic Radiation emitting a first wavelength, and the material that is the source of electromagnetic radiation, which emits a first wavelength, is at least one partially light-transparent material. The material that is the source electromagnetic radiation having a first wavelength emits, surrounds, surrounds the source of electromagnetic radiation at least in the direction of the radiation.
Bei der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Vorrichtung enthält mindestes ein Teil des mindestens teilweise transparenten Materials lumineszente Pigmente für eine zumindest teilweise Umwandlung der Strahlung, die von der Quelle elektromagnetischer Strahlung emittiert wird, und dieser oder mindestens ein anderer Teil des mindestens teilweise transparenten Materials umfasst Füllstoffpartikel, die das mindestens teilweise transparente Material ersetzen, wobei die Füllstoffspartikel sicherstellen, dass die Mediumtemperatur in dem mindestens teilweise transparenten Material niedriger als die Mediumtemperatur im Farbumwandlungselement der gleichen Vorrichtung ohne Füllstoffpartikel ist. Die elektromagnetische Strahlung wird in einer Halbleiterschicht erzeugt.at the light-emitting device according to the invention contains at least part of the at least partially transparent one Material luminescent pigments for at least partially Conversion of radiation coming from the source electromagnetic Radiation is emitted, and this or at least one other Part of the at least partially transparent material comprises filler particles, replace the at least partially transparent material, wherein the filler particles ensure that the medium temperature in the at least partially transparent material is lower than the medium temperature in the color conversion element of the same device without filler particles. The electromagnetic radiation is generated in a semiconductor layer.
Die Konzentration der Füllstoffpartikel innerhalb des Teils des mindestens teilweise transparenten Materials, das die lumineszenten Pigmente enthält, ist höher in Bereichen, in denen das meiste umgewandelte Licht erzeugt wird und am geringsten in Bereichen, in denen die Farbumwandlung am geringsten ist.The Concentration of filler particles within the part of the at least partially transparent material that the luminescent Contains pigments is higher in areas where most converted light is generated and least in areas where the color conversion is lowest.
Die Lichtquelle ist in einem Gehäuse montiert, und das Wellenlängen umwandelnde Element ist auf dem Gehäuse angeordnet.The Light source is mounted in a housing, and the wavelengths converting element is arranged on the housing.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls auf Vorrichtungen zur Durchführung der offenbarten Verfahren, einschließlich Vorrichtungsteile zur Durchführung jeder beschriebenen Verfahrensstufe gerichtet. Diese Verfahren können mit Hardwarekomponenten, einem Computer, der mit einer geeigneten Software programmiert ist oder mit jeder anderen Kombination aus den beiden oder auf irgendeine andere Weise durchgeführt werden. Weiterhin sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ebenfalls auf Verfahren gerichtet, mit denen die beschriebene Vorrichtung arbeitet. Sie umfasst Verfahrensstufen zur Durchführung jeder Funktion der Vorrichtung.embodiments The present invention also relates to devices for Implementation of the disclosed methods, including Device parts for carrying out each process step described directed. These methods can be used with hardware components, a computer programmed with suitable software or with any other combination of the two or on any one other way. Furthermore, embodiments are of the present invention also directed to methods, with where the device described works. It includes procedural stages for performing each function of the device.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Erklärung der Ausführungsform ersichtlich, wobei diese im Zusammenhang mit den Figuren der anliegenden Zeichnungen betrachtet werden.Further Advantages, features and objects of the present invention to the skilled person reading the following detailed explanation the embodiment can be seen, these being related be viewed with the figures of the accompanying drawings.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention
Es wird nun im Einzelnen Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, ein oder mehrere Beispiele, die in den Figuren erläutert sind. Jedes Beispiel wird zur Erklärung der Erfindung zur Verfügung gestellt, und ist nicht als Einschränkung der Erfindung gemeint. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform erläutert oder beschrieben sind, mit oder zusammen mit anderen Ausführungsformen, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten, verwendet werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung diese Modifikationen und Variationen umfasst.It Reference will now be made in detail to the various embodiments of the invention, one or more examples, explained in the figures are. Each example is used to explain the invention Provided, and is not intended as a limitation of the invention. For example, characteristics, which is explained as part of an embodiment or described, with or together with other embodiments, to obtain a further embodiment used become. It is intended that the present invention these modifications and variations.
Innerhalb der folgenden Beschreibung der Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Komponenten. Im Allgemeinen sind nur die Unterschiede im Hinblick auf die einzelnen Ausführungsformen beschrieben.Within The following description of the drawings refers to the same Reference signs to the same components. In general are only the differences with regard to the individual embodiments described.
Es sollte verstanden werden, dass nicht alle in den Figuren gezeigten Merkmale in allen Ausführungsformen der Erfindung vorhanden sein müssen und dass die erläuterten Merkmale andernfalls innerhalb der lichtemittierenden Vorrichtung positioniert sein können. Ebenfalls können weitere Merkmale in anderen Ausführungsformen vorhanden sein. Weitere Ausführungsformen sind in den anderen Figuren gezeigt und/oder weiterhin nachfolgend beschrieben.It It should be understood that not all shown in the figures Features exist in all embodiments of the invention need to be and that the features explained otherwise be positioned within the light-emitting device can. Also, other features can be in others Embodiments be present. Further embodiments are shown in the other figures and / or continue below described.
Wenn ein Merkmal (z. B. eine Schicht, ein Bereich, ein Substrat, eine Wärmesenke) als „auf”, „über” oder „aufliegend” einem anderen Merkmal beschrieben wird, kann es direkt auf dem Merkmal sein, oder es kann ebenfalls ein dazwischen liegendes Merkmal, (z. B. eine Schicht) vorhanden sein. Ein Merkmal, das „direkt auf” oder „in Kontakt mit” einem anderen Merkmal ist, bedeutet, dass kein dazwischen liegendes Merkmal vorhanden ist. Es sollte ebenfalls verstanden werden, dass, wenn ein Merkmal als „auf”, „über”, „aufliegend” oder „in Kontakt mit” einem anderen Merkmal bezeichnet wird, es das gesamte Merkmal bedecken oder einen Teil des Merkmals kann. Ein Merkmal, das „benachbart” einem anderen Merkmal ist, kann direkt auf, direkt unter oder direkt neben einem anderen Merkmal sein.If a feature (eg, a layer, an area, a substrate, a Heat sink) as "on," "over," or "overlying." other feature is described, it can be directly on the feature be, or it may also be an intermediate feature, (z. B. a layer) may be present. A feature that is "direct on or in contact with another Characteristic means that there is no intermediate feature is. It should also be understood that if a feature as "up", "over", "overlying" or "in Contact with "another feature is called it may cover the entire feature or be part of the feature. A feature that is "adjacent" to another feature is, can directly, directly under or next to another Feature.
Der
lichterzeugende Bereich kann eine LED oder ein Teil einer LED sein.
Beispielsweise kann der lichterzeugende Bereich, der in dem aufeinanderfolgenden
Wenn im Allgemeinen Bezug genommen wird auf lichtemittierende Dioden, dann sollten sie verstanden werden als elektrolumineszente Dioden, Photodioden, monochromatisches lichtemittierende Dioden, hochhelles Licht emittierende Dioden, lichtemittierende Hochleistungsdioden, Semileds vom Hochleistungstyp, und sie können eine einzelne LED oder eine Anordnung von einigen LEDs in einer vorbestimmten Konfiguration sein.If in general, reference is made to light-emitting diodes, then they should be understood as electroluminescent diodes, photodiodes, monochromatic light-emitting diodes, high-brightness light-emitting Diodes, high performance light emitting diodes, high power semileds, and they can be a single LED or an array of some LEDs in a predetermined configuration.
Hier können in der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Typen von LEDs verwendet werden, z. B. eine LED, die von einer dünnen GaN-Oberfläche emittiert oder eine Flip-Chip-LED, die ein Saphirsubstrat (oder ein ähnliches transparentes Material mit einem im Wesentlichen gleichen Brechungsindex) verwendet und die ihre Emissionsschicht (GaN oder ähnlich) am Boden der LED aufweist. Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnten LED-Typen beschränkt ist, sondern sie kann auf jeden LED-Typ angewendet werden.Here may be of different types in the present invention used by LEDs, eg. B. an LED that is thin GaN surface emitted or a flip-chip LED, the one Sapphire substrate (or similar transparent material with a substantially equal refractive index) and the its emission layer (GaN or similar) at the bottom of the LED having. It should be noted that the present invention is not is limited to the above-mentioned LED types, but it can be applied to any type of LED.
Es sollte ebenfalls verstanden werden, dass der lichterzeugende Bereich ein Bereich sein kann, der mehr als eine LED oder Teile davon umfasst.It It should also be understood that the light-generating region may be an area that includes more than one LED or parts thereof.
Wenn im Allgemeinen auf ein transparentes Material, das die LED umgibt, Bezug genommen wird, sollte dieses verstanden werden als, allerdings ohne Einschränkung darauf, ein insgesamt oder teilweise lichttransparentes Material, das ein Komposit aus Materialien mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen ist, wie GaP oder GaAsP oder AlGaAs und das mindestens ein solches aus Silizium, einem organischen Polymer, einem organisch-anorganischen Hybridmaterial, einem Material vom Glastyp, einem Material vom Keramiktyp und einem Sol-Gel-Glas umfasst.If generally on a transparent material that surrounds the LED, This reference should be understood as, but without Restriction to this, a total or partial light-transparent Material that is a composite of materials with different chemical Compositions such as GaP or GaAsP or AlGaAs and that at least one of silicon, an organic polymer, an organic-inorganic Hybrid material, a glass type material, a ceramic type material and a sol-gel glass.
Wenn im Allgemeinen auf ein mindestens teilweise transparentes Material, das die LED in Richtung des von der LED emittierten Lichts umgibt, Bezug genommen wird, sollte dieses verstanden werden, mindestens als, allerdings ohne Einschränkung darauf, das Material, das in einer flachen oder gekrümmten Orientierung gegenüber dem einfallenden Licht, angeordnet ist und das lichtemittierende Element vollständig oder teilweise verkapselt.In general, when an at least partially transparent material surrounding the LED in the direction of the light emitted by the LED, Be If this is to be understood, it should be understood, at least as including, but not limited to, the material being arranged in a flat or curved orientation with respect to the incident light and completely or partially encapsulating the light-emitting element.
Wenn im Allgemeinen auf lumineszente Pigmente für die Farbumwandlung Bezug genommen wird, sollten sie verstanden werden als, allerdings ohne Einschränkung darauf, eine Leuchtstoffgruppe der allgemeinen Formel A3B5X12:M, mit Partikelgrößen < 20 μm und einem mittleren Korndurchmesser d50 < 5 μm. Die lumineszenten Pigmente sind kugelförmig oder in Form von Flocken oder einem Pigmentpulver.If generally to luminescent pigments for color conversion Reference should be made to them as, but without Restriction on it, a group of fluorescent general Formula A3B5X12: M, with particle sizes <20 μm and a mean grain diameter d50 <5 μm. The luminescent pigments are spherical or in the form of flakes or a pigment powder.
Es gibt mindestens ein solches aus einem Material vom Leuchtstofftyp, organischen Molekülen oder Polymeren und Nanokristallen. Das Material vom Leuchtstofftyp ist eines der Klassen Leuchtstoff vom YAG-Typ, Leuchtstoff vom BOSE-Typ und Leuchtstoff vom Nitrid-Typ mit spezifischer stöchiometrischer Zusammensetzung.It is at least one of a phosphor type material, organic molecules or polymers and nanocrystals. The phosphor type material is one of the classes of fluorescent of the YAG type, BOSE type phosphor and nitride type phosphor with specific stoichiometric composition.
Wenn im Allgemeinen auf Füllstoffpartikel Bezug genommen wird, sind sie zu verstehen mindestens als, allerdings ohne Einschränkung darauf, ein solches oder einer Mischung aus Bornitrid, Metallen, Halbleitermaterialien und kristallinen Materialien. Die Füllstoffmaterialien sind kugelförmig oder in Form von Flocken oder Pigmentpulver, mit Korndurchmessern zwischen 5 nm und 50 Mikron und insbesondere zwischen 10 nm und 10 Mikron vorhanden, und man erwartet sie aufzufinden in Bereichen, die mit Füllstoffen mit Konzentrationen von Füllstoffen im Bereich zwischen einer Volumenkonzentration von 0,1 bis 30% und bevorzugt zwischen 0,1 und 10% höher besiedelt sind.If generally referring to filler particles, they are to be understood at least as, albeit without limitation such a mixture or a mixture of boron nitride, metals, Semiconductor materials and crystalline materials. The filler materials are spherical or in the form of flakes or pigment powder, with grain diameters between 5 nm and 50 microns and in particular between 10 nm and 10 microns are available, and they are expected to be found in areas containing fillers with concentrations of Fillers in the range between a volume concentration from 0.1 to 30% and preferably settled between 0.1 and 10% higher are.
Wenn im Allgemeinen Bezug genommen wird, die Farbstabilität sicherzustellen, sollte sie verstanden werden zumindest als, allerdings ohne Einschränkung darauf, Farbtemperatursteuerstabilität.If in general, color stability It should be understood at least as, however without limitation, color temperature control stability.
Wenn im Allgemeinen auf „Ersetzen von mindestens einem Teil” im Zusammenhang mit Füllstoffpartikel in dem mindestens teilweise transparenten Material Bezug genommen wird, ist dies zu verstehen, allerdings ohne Einschränkung darauf, dass die Füllstoffpartikel nun in einer bevorzugten Konzentration pro Volumen von 0,1% bis 30% und am meisten bevorzugt von 0,1% bis 10 Gew.-% vorliegen.If generally to "replace at least one part" in the Associated with filler in the at least partially transparent material, this is to be understood however, without limitation, the filler particles now in a preferred concentration per volume of 0.1% to 30%, and most preferably from 0.1% to 10% by weight.
Die
obere transparente Schicht, die über der Lichterzeugungsschicht
Die
herkömmliche Leuchtstoff umwandelnde weiße LED
Beispielsweise kann eine LED auf GaN-Basis blaues Licht emittieren, das in gelbes Licht mit einer (Y, Gd)(Al, Ga)G:Ce.sup.3± oder „YAG” (Yttrium, Aluminium, Granat)-Leuchtstoffschicht umgewandelt werden kann. In einem anderen Beispiel kann die kombinierte Emission von einer LED auf GaN-Basis und einem YAG-Leuchtstoff weißes Licht als Ergebnis der Kombination von blauem Licht, das von der LED emittiert wird und gelbem Licht, das durch den Leuchtstoff aufgrund der Umwandlung von Teilen des blauen Lichts erzeugt wird, erzeugen.For example For example, a GaN-based LED can emit blue light in yellow Light with a (Y, Gd) (Al, Ga) G: Ce.sup.3 ± or "YAG" (yttrium, aluminum, Garnet) phosphor layer can be converted. In another Example is the combined emission of a GaN-based LED and a YAG phosphor white light as a result of the combination of blue light emitted by the LED and yellow light, that due to the phosphor due to the transformation of parts of the blue Light is generated generate.
Weiterhin
umfasst die Leuchtstoff umwandelnde weiße LED
Eine
lichtemittierende Vorrichtung
Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann die Lichterzeugungsbereichquelle
Weiterhin
wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wellenlängen
umwandelndes Material
Wenn
eine Lichtquelle
Deswegen
schlägt die vorliegende Erfindung weiterhin vor, die Lichtquelle
Die Lichtquelle kann eine einzelne LED oder eine Anordnung von einigen LEDs sein. Hier können in der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Typen von LEDs verwendet werden, zum Beispiel eine LED, die von einer dünnen GaN-Oberfläche emittiert oder eine Flip-Chip-LED des Typs TG 1 mm2 High-Power-LED oder TG 600 μm Mid-Power-LED, die ein Saphirsubstrat (oder ein ähnliches transparentes Material mit einem im Wesentlichen gleichen Brechungsindex) und die ihre Emissionsschicht (GaN oder ähnlich) auf dem Boden der LED aufweist. Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben erwähnten LED-Typen beschränkt ist, sondern auf jeden LED-Typ angewendet werden kann.The light source may be a single LED or an array of some LEDs. Here, different types of LEDs can be used in the present invention, for example an LED emitting from a thin GaN surface or a flip-chip LED of the type TG 1 mm 2 high-power LED or TG 600 μm Mid Power LED having a sapphire substrate (or similar transparent material having a substantially equal refractive index) and having its emission layer (GaN or the like) on the bottom of the LED. It is to be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned LED types but can be applied to any LED type.
Die
zuvor beschriebenen Nachteile können mit einer erfindungsgemäßen
lichtemittierenden Vorrichtung
Zurückkommend
auf die
Was
in
- – Eine dünne GaN-Oberflächen emittierende LED des Typs der CREE EZB-Serie oder Semileds vom Hochleistungstyp und/oder eine Flip-Chip-LED des Typs, der ein Saphirsubstrat (oder ein ähnliches transparentes Material aus im Wesentlichen den gleichen Brechungsindex) verwendet und die ihre Emissionsschicht (GaN oder ähnliches) auf dem Boden der LED aufweist.
- A thin CREE ECB-series or high-performance semileds GaN surface emitting LED and / or a flip-chip LED of the type using a sapphire substrate (or similar transparent material of substantially the same refractive index) and the has its emission layer (GaN or the like) on the bottom of the LED.
Die Füllstoffpartikel sind in der kristallinen Konfiguration vorhanden, was ihre optimale Wärmeleitfähigkeitseigenschaften sicherstellt.The Filler particles are in the crystalline configuration present what their optimal thermal conductivity properties ensures.
Die
Füllstoffpartikel
Im Ergebnis ist die Farbstabilität in den lichtemittierenden Vorrichtungen, wo das mindestens teilweise transparente Material durch Füllstoffpartikel ersetzt ist, höher als die Farbstabilität, die in lichtemittierenden Vorrichtungen gemessen wird, in denen das mindestens teilweise transparente Material nicht durch Füllstoffpartikel ersetzt ist.in the Result is the color stability in the light-emitting Devices where the at least partially transparent material replaced by filler particles, higher than the color stability inherent in light-emitting devices is measured, in which the at least partially transparent material not replaced by filler particles.
Die
Füllstoffpartikel können mindestens ein solches
aus Bornitrid, Metallen, Halbleitermaterialien oder kristallinen
Materialien oder einer Kombination davon sein. Weiterhin wird in
diesem Dokument, in Verbindung mit
Die
oben erläuterten Konzepte treffen ebenso für Ausführungsformen
zu, wo bei der lichtemittierenden Vorrichtung das mindestens teilweise
transparente Material
Da
zusammen mit erhöhten Arbeitsströmen für
die Vorrichtung
Die Leuchtstoffpartikel selbst können ebenfalls einige Wärme produzieren, weil nicht alle der absorbierten blauen Photonen als gelbe emittiert werden. Neben den Wärmeeffekten (entweder durch den LED-Chip oder die Leuchtstoffpartikel), kann eine andere Möglichkeit für die Farbverschiebung die Sättigung des Leuchtstoffmaterials aufgrund des hohen Lichtauslasses der blauen LED bei den höheren Strömen sein. Beispielsweise sind bei höheren Temperaturen YAG-Materialien dafür bekannt, dass sie transparenter werden.The Phosphor particles themselves can also generate some heat produce because not all of the absorbed blue photons as be emitted yellow. In addition to the heat effects (either through the LED chip or the phosphor particles), can be another Possibility for the color shift the saturation of the phosphor material due to the high light output of the blue LED be at higher currents. For example are at higher temperatures YAG materials for it known to be more transparent.
Die Zugabe von Füllstoffpartikel moduliert ein Verhalten der Farbstabilität der LED, und wir bemerken, dass beispielsweise die Farbstabilität der Vorrichtung bei einer Stromdichte von 1.300 mA mit Füllstoffpartikel gleich der Farbstabilität der Vorrichtung ist, die bei 200 mA ohne Füllstoffpartikel arbeitet.The Addition of filler particles modulates behavior of the Color stability of the LED, and we notice that, for example the color stability of the device at a current density of 1,300 mA with filler particles equal to the color stability the device is at 200 mA without filler particles is working.
Allerdings sind Farbverschiebungen, die bei höheren Strömen beobachtet werden, reproduzierbar und treten sofort auf, wenn die Vorrichtung bei höheren Strömen in Betrieb ist.Indeed are color shifts that occur at higher currents be observed, reproducible and occur immediately when the Device is operating at higher currents.
Deswegen wurde abgeschätzt, ob eine beobachtete Farbverschiebung mit der Temperaturerhöhung ein Sättigungseffekt ist, oder wenn es ein Temperatur induzierter Effekt ist, dieser auf die Erniedrigung der Quanteneffizienz des Leuchtstoffs bei höheren Temperaturen zurückzuführen ist.therefore was estimated whether an observed color shift with the increase in temperature a saturation effect is, or if it is a temperature induced effect, this on the lowering of the quantum efficiency of the phosphor at higher Temperatures is due.
In einer ersten Stufe wurde die integrale Intensität des blauen Emissionspeaks bei verschiedenen Strömen für eine Serie von blauen LEDs gemessen.In a first level became the integral intensity of the blue Emission peaks at different currents for one Series of blue LEDs measured.
In einem folgenden Schritt wurden Farbumwandlungselemente, die aus Leuchtstoffpartikel, die in einer Siliziummatrix eingebettet sind, bestehen, mittels Sprühbeschichtung auf die LEDs gegeben. Danach wurden die integralen Intensitäten der blauen und gelben Teile der Emissionsspektren der Leuchtstoff umgewandelten LEDs bei verschiedenen Strömen wieder gemessen.In In a following step, color conversion elements were made Phosphor particles embedded in a silicon matrix, exist, applied by spray coating on the LEDs. After that were the integral intensities of blue and yellow Parts of the emission spectra of the phosphor converted LEDs measured again different currents.
Unter der Annahme, dass es hauptsächlich die Sättigung ist, die für die Verschiebung der Farbkoordinaten bei höheren Strömen bzw. Temperaturen verantwortlich ist, sollte der Verlauf der Kurve, der die Intensitäten des blauen Peaks gegenüber den Strömen beschreibt, unterschiedlich für eine und die gleiche LED, gemessen mit und ohne Farbumwandlungsschicht, sein. Aufgrund der Sättigung der Leuchtstoffpartikel würde eine geringere Zahl von blauen Photonen absorbiert, und deswegen sollte der Lauf der integralen Intensität des blauen Peaks der Leuchtstoff umgewandelten LED wachsen, um höher bei größeren Strömen gegenüber dem Lauf der integralen Intensität der blauen LED zu sein. Anderenfalls, wenn diese Läufe gleich sind, während andererseits das Verhältnis der integralen Intensitäten der blauen und gelben Bereiche des Emissionsspektrums der Leuchtstoff umgewandelten LED eine starke Abhängigkeit vom Strom zeigt, dann wird die Farbverschiebung hauptsächlich als Temperatureffekt interpretiert.Under the assumption that it is mainly saturation is responsible for shifting the color coordinates at higher Flows or temperatures is responsible, should the Course of the curve showing the intensities of the blue peak compared to the currents describes, different for one and the same LED, measured with and without color conversion layer, be. Due to the saturation of the phosphor particles would absorbs a smaller number of blue photons, and therefore the course should be the integral intensity of the blue peak of the Fluorescent converted LED grow to higher at larger Currents against the barrel of integral intensity to be the blue LED. Otherwise, if these runs same, while on the other hand the ratio the integral intensities of the blue and yellow areas the emission spectrum of the fluorescent converted LED a strong Dependence on the current shows, then the color shift mainly interpreted as a temperature effect.
Beide
Kurven sind auf der gleichen Skala aufgetragen, allerdings sind
sie für die Deutlichkeit der Darstellung verschoben. Das
Verhältnis der integralen Intensitäten der blauen
Peaks der blauen und der farbumgewandelte LED bleiben im großen
Ausmaß konstant für die untersuchten Ströme
(symbolisiert durch die horizontale schwarze Linie), was zeigt, dass
Sättigungseffekte (falls vorhanden) geringere Relevanz
haben. Andererseits zeigt das Verhältnis der integralen
Intensitäten der blauen und gelben Bereiche des Emissionsspektrums
der farbumgewandelten LED eine starke Abhängigkeit vom
Strom. Deswegen ist es aus
Weiterhin wurden Farbumwandlungselemente auf den LEDs mittels Sprühbeschichtung abgeschieden. Für alle LEDs wurde die Zusammensetzung der Aufschlämmung aus Leuchtstoff und Silizium gleichgehalten, während die Dicke über die LEDs variiert wurde. Die Emissionsspektren wurden bei verschiedenen Strömen aufgenommen, und die integralen Intensitäten der blauen und gelben Emissionspeaks wurden bestimmt.Farther were color conversion elements on the LEDs by means of spray coating deposited. For all LEDs, the composition of the Slurry of phosphor and silicon kept the same, while the thickness was varied across the LEDs. The emission spectra were at different currents recorded, and the integral intensities of the blue and yellow emission peaks were determined.
Wir schließen daraus, dass nicht der Sättigungseffekt, sondern die Erwärmung der Leuchtstoffpartikel ein wichtiger Aspekt bei der Farbumwandlung ist. Da die Quantenausbeute des Leuchtstoffs kleiner als 100% ist, wird nicht das ganze absorbierte Licht in gelbes Licht umgewandelt, allerdings führt ein Teil des absorbierten blauen Lichts zu einer Nicht-Emissionsrekombination, wobei Hitze erzeugt wird. Dieses führt lokal zu einer Aufwärmung der Leuchtstoffpartikel, und diese Wärme muss entfernt werden. Aus dem Bereich der Leuchtstoffpartikel. Dieser Mechanismus ist optimal, wenn das Matrixmaterial ein guter Wärmeleiter ist. Dieser Punkt ist für alle LED-Typen gültig.We conclude that not the saturation effect, but the heating of the phosphor particles is an important Aspect of the color conversion is. Since the quantum efficiency of the phosphor is smaller when 100% is, not all of the absorbed light will be in yellow light converted, however, carries a part of the absorbed blue light to a non-emission recombination, with heat is produced. This leads locally to a warm-up the phosphor particles, and this heat must be removed. From the field of phosphor particles. This mechanism is optimal if the matrix material is a good conductor of heat is. This item is valid for all LED types.
Die
in
Aus
Wenn die Dicke konstant gehalten wurde und die Konzentration der Leuchtstoffpartikel variiert wurde, wurde das Farbumwandlungselement in einen Rahmen gefüllt, was eine gleiche Dicke sicherstellt.If the thickness was kept constant and the concentration of the phosphor particles was varied, the color conversion element was in a frame filled, which ensures an equal thickness.
obere Quadrat dem Verhältnis
1.300 mA/200 mA entspricht und die unteren Quadrate dem Verhältnis 1.000
mA/350 entsprechen. Da sich der Temperatureffekt mit der Konzentration
der Leuchtstoffpartikel erhöht, folgt daraus, dass, je
höher die Anzahl der Leuchtstoffpartikel ist, umso mehr
Wärme erzeugt wird, und dass die Leuchtstoffpartikel hauptsächlich durch
Hitze, die von ihnen selbst produziert wird, beeinträchtigt
werden, was zu einer Absorption von blauem Licht und zu einer nur
teilweisen Strahlenrekombination führt, was die Leuchtstoffpartikel
hauptsächlich beeinträchtigt. Es ist nicht der
LED-Chip selbst, der hauptsächlich für den Temperaturanstieg verantwortlich
ist.
upper square corresponds to the ratio of 1,300 mA / 200 mA and the lower squares correspond to the ratio of 1,000 mA / 350. As the temperature effect increases with the concentration of the phosphor particles, it follows that the higher the number of the phosphor particles, the more heat is generated, and that the phosphor particles are mainly affected by heat produced by themselves, resulting in absorption of blue light and only partial beam recombination results, which mainly affects the phosphor particles. It is not the LED chip itself that is mainly responsible for the temperature rise.
Es wurden weiterhin Beobachtungen durchgeführt, wobei die Volumenkonzentration der Leuchtstoffpartikel gleichgehalten wurde, allerdings wurde ein Teil der Siliziummatrix, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit zeigt, durch Füllstoffpartikel ausgetauscht. Von der Vielzahl der untersuchten Füllstoffpartikel zeigte Bornitrid einen sehr guten Effekt. Tatsächlich zeigt BN Vorteile als Füllstoffmaterial, weil BN eine gute Wärmeleitfähigkeit zeigt, wobei es allerdings ebenfalls elektrisch isolierend ist.It continued observations were carried out, with the Volume concentration of the phosphor particles was kept equal, however, part of the silicon matrix has a low thermal conductivity shows, replaced by filler particles. From the multitude Of the tested filler particles, boron nitride showed a very good effect. In fact, BN shows advantages as a filler material, because BN shows good thermal conductivity, wherein However, it is also electrically insulating.
Die
Ergebnisse dieser Experimente, die gleiche Volumenkonzentration
der Leuchtstoffpartikel, wobei ein Anteil der Siliziummatrix durch
BN ersetzt ist, sind ebenfalls in
Obwohl es allerdings eine Menge Möglichkeiten gibt, die Temperatur aus dem Inneren des Farbumwandlungselements zu entfernen, gehen alle diese Konzepte etwas auf Kosten der Lichtleistung. Es wäre daher hoch wünschenswert, die Menge an Material für die Wärmeübertragung so niedrig wie möglich zu halten und dieses nur in solche Bereiche einzuführen, wo es tatsächlich notwendig ist.Even though However, there are a lot of options, the temperature from the interior of the color conversion element, go all of these concepts something at the expense of light output. It would be Therefore, highly desirable, the amount of material for the heat transfer as low as possible and to introduce this only into such areas, where it is really necessary.
Von
diesem Standpunkt aus hinsichtlich optischer Simulationen der normalisierten
Absorption durch die Leuchtstoffpartikel innerhalb eines Farbumwandlungselements
(NACCE), als eine Funktion der z-Richtung (in Richtung der Höhe),
was in
In dieser Schicht ist die Verteilung des Leuchtstoffs homogen, allerdings zeigt sich ein nicht homogenes Verhalten durch die Anzahl der Absorptionsprozesse des blauen Lichts und folglich die Bildung von gelbem Licht oder Wärme.In This layer is the distribution of the phosphor homogeneous, however shows a non-homogeneous behavior by the number of absorption processes of blue light and thus the formation of yellow light or Warmth.
Dieses Verhalten ist im Allgemeinen für den Prozess der Farbumwandlung und für alle möglichen Farbumwandlungsschichten gültig und nicht auf eine spezifische Geometrie für die Schicht beschränkt.This Behavior is generally for the process of color conversion and for all kinds of color conversion layers valid and not on a specific geometry for the layer is limited.
Es
wird bemerkt, dass in
Ein ähnliches Verhalten kann ebenfalls für variierende Konzentrationen der Leuchtstoffpartikel beobachtet werden. Nichts- destotrotz tritt die höchste Menge der Lichtabsorption und Umwandlung in der Nähe der LED-Rohchipoberfläche auf, wovon das blaue Licht emittiert wird. Andererseits ist der Effekt der Füllstoffpartikel umgekehrt, ihr Vorhandensein ist vorteilhaft in den Bereichen der größten Menge an Farbumwandlung (um die von den Leuchtstoffpartikel hergestellte Wärme aus diesem Bereich zu übertragen), während in Bereichen mit einer geringeren Menge an Farbumwandlung (was nur zu einem kleineren Ausmaß zur Gesamtemission beiträgt), der Nachteil der Lichtabsorption vorherrschen kann. Um dieses zu übertreffen, werden Gradienten der Füllstoffpartikelkonzentration vorgeschlagen, indem eine größere Anzahl von Füllstoffpartikel in Bereichen, worin mehr Licht erzeugt wird und eine geringere Anzahl von Füllstoffpartikel in Bereiche, wo eine geringere Anzahl von blauem Licht umgewandelt wird (auf der Oberfläche des Farbumwandlungselements gegenüber der blauen LED-Oberfläche) gegeben werden. Dieses kann durch Zugabe eines ersten Teils einer Aufschlämmung des Farbumwandlungsmaterials, Abstoppen und Zugeben einer geringeren Anzahl von Füllstoffpartikel und schließlich Zugeben einer Anzahl ohne Füllstoffpartikel erreicht werden. Auf diese Weise wird ein Teil der Farbumwandlungspartikel mit Materialien mit höheren Wärmeleitfähigkeiten umgeben, während andere dieses nicht werden. Mit der Hilfe von Technologie können ebenfalls Lichtverhältnisse reduziert werden.A similar Behavior may also be for varying concentrations the phosphor particles are observed. Nonetheless, it occurs the highest amount of light absorption and conversion in the Near the LED Rohchipoberfläche on, of which the blue light is emitted. On the other hand, the effect of the filler particles conversely, their presence is beneficial in the areas of largest amount of color conversion (by the To transfer heat generated from phosphor particles to this particle), while in areas with a lower amount of color conversion (which only contributes to a lesser extent to overall emissions), the disadvantage of light absorption may prevail. To surpass this, gradients of filler particle concentration are proposed, by having a larger number of filler particles in areas where more light is generated and a smaller number of filler particles in areas where a smaller number is converted by blue light (on the surface of the Color conversion element opposite the blue LED surface) are given. This can be done by adding a first part of a Slurry of color conversion material, stopping and Add a smaller number of filler particles and finally adding a number without filler particles be achieved. In this way, part of the color conversion particles surrounded by materials with higher thermal conductivities, while others will not. With the help of technology Light conditions can also be reduced.
Diese Gradienten können ebenfalls für andere Konfigurationen des Farbumwandlungselements hergestellt werden, beispielsweise in Keramik, wo die Anzahl der Füllstoffpartikel in der Nähe eine der Oberflächen (dem blauen LED-Farbstoff gegenübersteht) ausgewählt werden kann, damit sie höher als an der anderen Oberfläche ist.These Gradients can also be used for other configurations of the color conversion element, for example in Ceramic, where the number of filler particles in the vicinity one of the surfaces (facing the blue LED dye) can be selected to make it higher than the other surface is.
Der Temperaturanstieg innerhalb des Farbumwandlungselements ist als Hauptquelle für die Farbkoordinatenverschiebung von Leuchtstoff umgewandelten LEDs bei Stromanstieg identifiziert worden. Wie oben gezeigt wurde, wird der Temperaturanstieg durch eine lokale Erwärmung der Leuchtstoffpartikel verursacht. BN ist als Füllstoffmaterial mit einem hohen Potential identifiziert worden, um Wärme vom Inneren des Farbumwandlungselements zu entfernen. Obwohl die Verwendung von Füllstoffpartikel noch vorgeschlagen worden ist, um die thermische Leitfähigkeit um die Leuchtstoffpartikel zu erhöhen, wird einiges Licht durch die Füllstoffpartikel absorbiert und die Lichtleistung der LED ist reduziert. Wir haben allerdings gezeigt, dass das Licht nicht homogen durch das Farbumwandlungselement umgewandelt wird, allerdings wird das meiste Licht in einem sehr kleinen Bereich in Nachbarschaft zur LED-Chip-Oberfläche umgewandelt. Deswegen ist es nach dem neuen und erfinderischen Konzept der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, die gleiche Menge an Füllstoffpartikel durch das gesamte Farbumwandlungselement anzuwenden, die Menge könnte in den Bereichen mit der höchsten Menge an Farbumwandlung höher sein und niedriger in den anderen Bereichen. Auf diese Weise können die Nachteile der Füllstoffpartikel, wie die Lichtabsorption, reduziert werden und die Lichtleistung konnte verbessert werden.Of the Temperature rise within the color conversion element is as Main source for color coordinate shift of phosphor converted LEDs have been identified at current increase. As above has been shown, the temperature rise is due to a local heating caused the phosphor particles. BN is a filler material with a high potential has been identified to absorb heat from Remove interior of the color conversion element. Although the use of filler particles has still been suggested to the thermal conductivity around the phosphor particles To increase, some light is through the filler particles absorbed and the light output of the LED is reduced. We have however, shown that the light is not homogeneous by the color conversion element is converted, however, most of the light in a very small area in neighborhood to the LED chip surface transformed. That's why it's the new and inventive concept Not necessary for the present invention, the same amount Filler particles through the entire color conversion element To apply, the amount could be in the areas with the highest Amount of color conversion to be higher and lower in the other areas. In this way, the disadvantages the filler particles, such as the light absorption, reduced and the light output could be improved.
Daher wird gemäß der Erfindung die Farbstabilität der LED bei höheren Strömen durch eine Verringerung der Wärme, die in dem Farbumwandlungselement durch die Zugabe einer ausgewählten Menge, Material und Ablagerung von Füllstoffpartikel in dem Lichtumwandlungselement verbessert.Therefore becomes according to the invention, the color stability the LED at higher currents by reducing the heat in the color conversion element through the Add a selected amount, material and deposit of filler particles in the light conversion element improved.
Ein
Verfahren
Um die Lichtverluste zu minimieren und die Menge an Füllstoffen so niedrig wie möglich zu halten, wird eine höhere Konzentration in den Bereichen der Farbumwandlungsschicht gewählt, worin viel Absorption auftritt gegenüber den Bereichen, wo weniger Absorption auftritt. Somit kann eine Optimierung und/oder Reduktion von Verlusten, die an der Unterseite der LED auftreten, erreicht werden.Around minimize the light losses and the amount of fillers To keep as low as possible will be a higher one Selected concentration in the areas of the color conversion layer, wherein much absorption occurs over the areas where less absorption occurs. Thus, an optimization and / or Reduction of losses that occur at the bottom of the LED be achieved.
Die Konzentration der Füllstoffe in den Farbumwandlungsbereichen kann variieren. Die Menge an Füllstoffen zeigt die gleiche Entwicklung wie das Absorptionsverhalten des Leuchtstoffs, die größte Menge an Füllstoffen wird in den Bereichen gefunden, wo das meiste blaue Licht absorbiert wird, und die geringste Menge wird man in Bereichen mit der niedrigsten Absorption finden.The Concentration of fillers in the color conversion areas may vary. The amount of fillers shows the same Development like the absorption behavior of the phosphor, the largest amount Fillers are found in the areas where most of blue light is absorbed, and the least amount will get you in Find areas with the lowest absorption.
Wie
bereits in dem vorliegenden Dokument erklärt worden ist,
ist die Bestimmung einer definierten Menge an Füllstoffpartikel
für ein ausgewähltes Wellenlängen umwandelndes
Material in Stufe
Gemäß anderen Ausführungsformen, die mit jeder der hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, eine Vorrichtung, die aus einer Quelle elektromagnetischer Strahlung, die eine erste Wellenlänge emittiert und einem mindestens teilweise transparenten Materials, das die Quelle elektromagnetischer Strahlung zumindest in Richtung der Strahlung umgibt, besteht, worin mindestens ein Teil des mindestens teilweise transparenten Materials lumineszente Pigmente für eine mindestens teilweise Umwandlung der Strahlung, die von der Quelle elektromagnetischer Strahlung emittiert wird, enthält und worin dieser oder mindestens ein anderer Teil des mindestens teilweise transparenten Materials Füllstoffpartikel enthält, die das mindestens teilweise transparente Material ersetzen und die sicherstellen, dass die Mediumtemperatur durch das mindestens teilweise transparente Material niedriger als die Mediumtemperatur durch das Farbumwandlungselement der gleichen Vorrichtung ohne Füllstoffpartikel ist. Die elektromagnetische Strahlung wird in einer Halbleiterschicht erzeugt.According to others Embodiments associated with each of those described herein Embodiments can be combined, a Device consisting of a source of electromagnetic radiation, which emits a first wavelength and one at least partially transparent material, which is the source of electromagnetic radiation at least in the direction of the radiation surrounds, wherein at least a part of the at least partially transparent material luminescent Pigments for at least partial conversion of the radiation, which is emitted by the source of electromagnetic radiation, contains and in which this or at least another part of the at least partially transparent material filler particles Contains the at least partially transparent material replace and make sure the medium temperature is through the at least partially transparent material lower than that Medium temperature through the color conversion element of the same device without filler particles. The electromagnetic radiation is generated in a semiconductor layer.
Eine
LED-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
würde in einer exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nach einem in
In
einer Stufe
Während das vorgenannte auf Ausführungsformen der Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne von ihrem Basisumfang abzuweichen, und ihr Umfang ist durch die Ansprüche, die folgen, bestimmt.While the foregoing directed to embodiments of the invention is, other and further embodiments of the invention without departing from its basic scope, and its scope is determined by the claims that follow.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: TRIDONIC JENNERSDORF GMBH, AT Free format text: FORMER OWNER: LEDON LIGHTING JENNERSDORF GMBH, JENNERSDORF, AT Effective date: 20110502 |
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |