DE102010061801A1 - LED-Modul mit gemeinsamem Farbumwandlungsmodul für wenigstens zwei LED-Chips - Google Patents

LED-Modul mit gemeinsamem Farbumwandlungsmodul für wenigstens zwei LED-Chips Download PDF

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Abstract

Es wird ein LED-Modul (1) vorgeschlagen, das ein Substrat (5) für LED-Chips, wenigstens zwei LED-Chips (2, 3, 4), die direkt oder indirekt auf dem Substrat (5) montiert sind, und eine Verkapselungsschicht (9) aufweist, die auf den LED-Chips (2, 3, 4) angeordnet ist und Farbumwandlungsmaterial zum Modifizieren des Emissionsspektrums der LED-Chips (2, 3, 4) aufweist, wobei die Menge des Farbumwandlungsmaterials, das auf einer ersten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip (4) angeordnet ist, geringer als die Menge des Farbumwandlungsmaterials ist, das auf einer zweiten Gruppe des wenigstens einen LED-Chips (2, 3) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein LEDs (Leuchtdioden) und insbesondere LEDs, auf denen ein Farbumwandlungsmaterial angeordnet ist.
  • Um Licht zu erhalten, das aus mehreren Emissionsspektren gemischt ist, ist es bekannt, eine Anordnung mit LEDs verschiedener Typen, d. h. mit verschiedenen Farben, bereitzustellen. Mehrfarbenkanal-LED-Licht kann aus LED-Modulen, einschließlich z. B. roten, grünen und blauen LED-Chips, bestehen, um z. B. durch Mischen der Lichtemissionen der Chips ein insgesamt weißes Licht zu erzeugen. Die Lichtmischung wird dadurch erreicht, dass ein optisches Mischelement auf den LED-Chips aufgebracht wird. Das Ergebnis ist, dass die verschiedenen nicht homogenen Lichtemissionen zu einer homogenen Lichtausgabe gemischt werden.
  • Nichtsdestotrotz hat ein derartiges optisches Mischelement den Nachteil, dass es die Lichtintensität oder die Lichtausgabe jedes Kanals verringert. Dies bedeutet auch, dass die Intensität der gemischten homogenen Lichtausgabe aufgrund der Verwendung des optischen Mischelements verringert ist.
  • Die Veröffentlichung US 2010/078664 A1 offenbart eine LED-Phosphorabscheidung für die Verwendung mit LEDs. Eine LED-Vorrichtung ist dabei aus LED-Chips zusammengesetzt, die auf ein flaches Substrat montiert sind und mit einem Material verkapselt sind, das zum Beispiel ein Leuchtstoff sein kann. Die Verkapselung wird ausgebildet, indem zuerst ein Eingrenzungsmaterial auf das Substrat um die LED-Chips herum aufgebracht wird. Der durch das Eingrenzungsmaterial definierte Bereich wird mit dem Verkapselungsmaterial gefüllt.
  • Angesichts der Probleme, die durch den Stand der Technik verursacht werden, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Einstellung der Lichtausgabe von LED-Modulen, z. B. die Einstellung des Farbtons, der farbkorrelierten Temperatur, der Chromatizitätskoordinaten von LED-Modulen, zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Die abhängigen Ansprüche entwickeln die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung weiter.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein LED-Modul vorgeschlagen, das ein Substrat für LED-Chips aufweist. Das LED-Modul weist ferner wenigstens zwei LED-Chips auf, die direkt oder indirekt auf das Substrat montiert sind. Eine Verkapselungsschicht ist auf den LED-Chips angeordnet. Die Verkapselungsschicht weist Farbumwandlungsmaterial zum Modifizieren des Emissionsspektrums der LED-Chips auf. Die Menge des Farbumwandlungsmaterials, das auf einer ersten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip angeordnet ist, ist niedriger als die Menge des Farbumwandlungsmaterials, das auf einer zweiten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip angeordnet ist.
  • Die Dicke der Verkapselungsschicht, die über dem/den LED-Chip(s) der ersten Gruppe angeordnet ist, kann kleiner als die Dicke der Verkapselungsschicht sein, die über dem LED-Chip der zweiten Gruppe angeordnet ist.
  • Das LED-Modul kann einen kugelförmigen Aufsatz aufweisen, der oben auf dem LED-Chip der ersten Gruppe angeordnet, d. h. dort abgegeben oder montiert, ist.
  • Der kugelförmige Aufsatz kann frei von Farbumwandlungsmaterial sein. Er kann auch ein Farbumwandlungsmaterial aufweisen, welches das gleiche oder verschieden zu dem Farbumwandlungsmaterial der Verkapselungsschicht ist. Selbst wenn der LED-Chip der ersten Gruppe und der LED-Chip der zweiten Gruppe als solche identisch oder ähnlich sind, könnte für die zwei Gruppen von LED-Chips eine unterschiedliche Farbumwandlung bereitgestellt werden.
  • Das LED-Modul kann eine vorzugsweise reflektierende Unterfüllung aufweisen, die auf das Substrat aufgebracht wird, nachdem die LED-Chips auf dem Substrat montiert sind.
  • Das LED-Modul kann einen Subträger aufweisen, der zwischen das Substrat und den LED-Chip der ersten Gruppe eingefügt ist.
  • Das LED-Modul kann eine Eingrenzung auf dem Substrat aufweisen. Die Verkapselungsschicht kann ausgebildet werden, indem der Bereich, der durch die Eingrenzung begrenzt ist, mit Verkapselungsmaterial aufgefüllt wird, das Farbumwandlungsmaterial aufweist, wobei die Innenwand der Eingrenzung bevorzugt reflektierend ist.
  • Der Umriss der Eingrenzung kann kreisförmig, elliptisch, rechteckig, polygonal oder quadratisch sein.
  • Der/Die LED Chip(s) der ersten Gruppe und/oder der/die LED-Chips) der zweiten Gruppe können verschiedene Spektren emittieren. Folglich ist das von dem LED-Modul emittierte Licht eine Mischung aus wenigstens drei Emissionsspektren.
  • Wenigstens ein LED-Chip der ersten Gruppe und wenigstens ein LED-Chip der zweiten Gruppe können ein identisches oder ähnliches Emissionsspektrum haben.
  • Die auf dem Substrat montierten LED-Chips können ein identisches oder ähnliches Emissionsspektrum haben. Das von dem LED-Modul emittierte Licht ist folglich eine Mischung aus zwei im Wesentlichen verschiedenen Emissionsspektren.
  • Das von dem LED-Modul emittierte Licht kann eine Mischung aus wenigstens zwei verschiedenen Emissionsspektren sein.
  • Das LED-Modul kann eine getrennte Stromsteuerung bzw. -regelung zum Ansteuern eines LED-Chips der ersten Gruppe und zum Ansteuern eines LED-Chips der zweiten Gruppe aufweisen. Dieses Merkmal erlaubt die getrennte Steuerung des Strompegels für die Einstellung der Lichtausgabe und Lichtintensität mit hoher Genauigkeit.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine von hinten eingebaute LED-Lampe z. B. ein Strahler, eine abwärts strahlende Einbauleuchte, ein Flutlicht oder ein LED-Leuchtmittel, welche das vorstehend erwähnte LED-Modul aufweisen, vorgeschlagen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen der Chromatizitätskoordinate(n) oder des Spektrums des von einem LED-Modul emittierten Lichts vorgeschlagen. Das LED-Modul weist ein Substrat für LED-Chips auf. Es weist ferner wenigstens zwei LED-Chips auf, die direkt oder indirekt auf dem Substrat montiert sind. Ferner ist eine Verkapselungsschicht bereitgestellt, die Farbumwandlungsmaterial zum Umwandeln des Emissionsspektrums der LED-Chips in einen längeren Wellenlängenbereich aufweist. Das Verfahren weist das Anordnen der Verkapselungsschicht auf den LED-Chips auf. Die Menge des auf einer ersten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip angeordneten Farbumwandlungsmaterials ist geringer als die Menge des Farbumwandlungsmaterials, das auf einer zweiten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip angeordnet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden nun für Fachleute durch Lesen der folgenden detaillieren Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den Figuren der beigefügten Zeichnungen genommen werden, offensichtlich.
  • 1 zeigt ein LED-Modul gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 zeigt die Chromatizitätskoordinaten des LED-Moduls durch das CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 zeigt ein dreidimensionales Modell des LED-Moduls gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 zeigt ein LED-Modul gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 5 zeigt ein LED-Modul gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
  • 6 zeigt ein CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm mit den Chromatizitätskoordinaten des LED-Moduls gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, und
  • 7 zeigt ein LED-Modul gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • 1 stellt ein LED-(Leuchtdioden-)Modul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar. Das LED-Modul 1 weist mehrere LED-Chips oder Rohchips 2, 3, 4 auf. In der bestimmten Ausführungsform von 1 sind drei LED-Chips 2, 3, 4 bereitgestellt. Einer der LED-Chips ist eine rote LED 2, d. h. er emittiert im roten Spektralbereich oder vorwiegend im roten Spektralbereich des sichtbaren Lichts (dominante Wellenlänge länger als 600 nm). Die zwei anderen sind eine erste blaue LED 3 und eine zweite blaue LED 4, d. h. emittieren im blauen Spektralbereich oder vorwiegend in dem blauen Spektralbereich (dominante Wellenlänge ca. 420–480 nm). Bevorzugt zeigen die ersten und zweiten LED-Chips 3, 4 ein identisches oder ähnliches Emissionsspektrum.
  • Die LED-Chips 2, 3, 4 sind auf einem Substrat 5 montiert. Die LED-Chips 2, 3, 4 sind mechanisch an dem Substrat 5 angebracht und elektrisch damit verbunden. Das Substrat 5 kann als eine gedruckte Leiterplatte (PCB), z. B. eine gedruckte Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) oder als ein Träger für eine oberflächenmontierte Vorrichtung (SMD) ausgebildet sein. Das Substrat 5 könnte eine (nicht gezeigte) LED-Ansteuerschaltungsanordnung umfassen. Alternativ könnte die LED-Ansteuerschaltungsanordnung von dem Substrat 5 getrennt sein, um zu verhindern, dass Wärme von außen das charakteristische Verhalten der LED(s) beeinflusst.
  • Eine Unterfüllung 6 ist in dem Bereich, in dem die LED-Chips 2, 3, 4 positioniert sind, auf dem Substrat 5 bereitgestellt. Die Unterfüllung 6 kann transparent sein, was die Lichtemission des Moduls 1 nicht beeinträchtigt. Es kann auch eine hochreflektierende (weiße) Unterfüllung 6 sein, um die Lichtausgabe des LED-Moduls zu verbessern. Die Unterfüllung 6 ist optional und beeinflusst den Farbton, die Chromatizitätskoordinaten des von dem LED-Modul 1 emittierten Lichts vorzugsweise nicht.
  • Wenigstens auf dem zweiten blauen Chip 4 ist ein kugelförmiger Aufsatz 7 abgegeben. Der kugelförmige Aufsatz 7 kann transparent sein, d. h. er weist keine Farbumwandlungspartikel auf. Jedoch könnte der kugelförmige Aufsatz 7 ebenso wie jegliches anderes transparentes Material des LED-Moduls Streupartikel aufweisen, um das emittierte Licht zu homogenisieren.
  • Eine Verkapselungsschicht 9 ist oberhalb der LED-Chips 2, 3, 4 bereitgestellt. Bevorzugt sind alle LED-Chips mit einer gemeinsamen Verkapselungsschicht 9 bedeckt. Die Verkapselungsschicht 9 besteht aus einer Farbumwandlungsschicht und weist Farbumwandlungsmaterial, z. B. Phosphor(e), auf, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Anwendbare Polymere sind im Allgemeinen Epoxid-, Silikonharze und ihre Mischungen. Als Farbumwandlungsmaterialien könnten alle bekannten LED-Phosphore (Granate (z. B. YAG)), Orthosilikate (z. B. BOSE), Nitride etc.) angewendet werden. Eine Eingrenzung, welche die LED-Chips umgibt, kann angewendet werden, um den Umriss der Verkapselungsschicht 9 (von oben gesehen) zu begrenzen.
  • Die Verkapselungsschicht kann mittels Abgabe, direkter Abscheidung, Montage oder Kleben auf den LED-Chips angeordnet werden.
  • Der Umriss der Eingrenzung kann kreisförmig, elliptisch, rechteckig, polygonal oder quadratisch sein.
  • Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung enthält die Verkapselungsschicht 9 Farbumwandlungspartikel, während der kugelförmige Aufsatz 7 keine Farbumwandlungspartikel aufweist. Alternativ kann der kugelförmige Aufsatz 7 Farbumwandlungspartikel aufweisen, die unterschiedlich zu denen der Verkapselungsschicht 9 sind.
  • Das LED-Modul 1 wird gemäß dem durch 1 dargestellten Verfahren hergestellt. In dem ersten Schritt werden die LED-Chips 2, 3, 4 auf dem Substrat 5 angeordnet oder montiert (S1). Dann wird die transparente Unterfüllung 6 auf das Substrat 5 aufgebracht (S2). In dem folgenden Schritt wird der kugelförmige Aufsatz 7 über dem entsprechenden LED-Chip 4 montiert, d. h. abgegeben oder umspritzt, (S3). In einem Aspekt dieser Erfindung wird ein transparenter kugelförmiger Aufsatz (der keine Umwandlungspartikel enthält) 7 wenigstens auf den/die blauen Chip(s) abgegeben.
  • Die Verkapselungsschicht 9 wird hergestellt, indem zuerst die Eingrenzung 8 um die LED-Chips 2, 3, 4 herum bereitgestellt wird (S4). Ferner wird innerhalb des von der Eingrenzung 8 begrenzten Bereichs ein Verkapselungsmaterial aufgebracht, d. h. das Volumen im Inneren der Eingrenzung 8 wird mit einer Farbumwandlungspartikel-enthaltenden Matrix gefüllt, die alle LED-Chips 2, 3, 4 bedeckt, welche in dem gleichen (oder ähnlichen) oder in dem verschiedenen Wellenlängenbereich emittieren. Die Erzeugung der Verkapselungsschicht könnte durch Abgeben, Einspritzverfahren, etc. ausgeführt werden.
  • Die Wände der Eingrenzung 8 dienen einfach als Wände, welche die Phosphorpartikel, welche die Matrix aufweist, vor dem Härten enthalten oder festhalten. Zwischen den Sperrwänden und dem Füllvolumen ist keine chemische Verknüpfung oder Wechselwirkung erforderlich. Vermutlich kann die Ausbildung chemischer Verbindungen auf der Grenzfläche zwischen der Eingrenzung und der Füllung nicht ausgeschlossen werden. Das Härten der Sperrwände und der Füllmatrix kann gleichzeitig ausgeführt werden. Als eine Alternative könnten in dem ersten Schritt die Sperrwände und danach das Füllvolumen gehärtet werden. Die Sperrwände sind als Rückhaltewände gekennzeichnet. Bevorzugt sind die Sperrwände in einem größeren Abstand von den LED-Chips 2, 3, 4 als die LED-Chips 2, 3, 4 voneinander beabstandet sind. Als eine Alternative könnte der Abstand zwischen den LED-Chips 2, 3, 4 und den Sperrwänden der gleiche oder sogar kleiner als der zwischen den LED-Chips 2, 3, 4 sein. Es ist keine reflektierende Beschichtung oder reflektierende Charakteristik der Sperrwände notwendig. Alternativ ist wenigstens die Innenwand der Eingrenzung 8 hochreflektierend.
  • Das Modul 1 von 1 ist ein Dreifarbkanalmodul 1. Die bestimmte Anordnung des Moduls 1 ist durch 2 dargestellt, welche die Chromatizitätskoordinaten des LED-Moduls 1 gemäß dem CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm zeigt. Ein erster Punkt 10 in dem Chromatizitätsdiagramm bezieht sich auf das Licht, das von dem roten Chip 2 erzeugt wird. Innerhalb eines derartigen Diagramms definiert die äußere gekrümmte Abgrenzung die Spektralkurve 15, die einem monochromatischen Licht entspricht. Der Farbpunkt, der von den Chromatizitätskoordinaten (x, y) des ersten roten „Punkts” 10 definiert ist, befindet sich z. B. auf der Spektralkurve 15. Ein zweiter Farbpunkt 14, der durch seine x- und y-Koordinaten auf dem Diagramm abgebildet ist, stellt das von den blauen Chips, z. B. 3, 4, erzeugte Licht dar. Der Punkt 14 befindet sich auf der Spektralkurve 15, da er das von den blauen Chips 3, 4 erzeugte monochromatische Licht darstellt, das von keinen Farbumwandlungsmaterialien beeinflusst ist.
  • Ein dritter Punkt 11 des Diagramms fällt gemäß seinen Chromatizitätskoordinaten (x-y) in den gelben Bereich des Chromatizitätsdiagramms und entspricht dem blauen Chip 3 des LED-Moduls 1, das von dem Verkapselungsmaterial 9 bedeckt ist, ohne einen transparenten kugelförmigen Aufsatz. Ein vierter Punkt 12 entspricht gemäß seinen Chromatizitätskoordinaten einer eher bläulichen weißen (oder weißen) Farbe, die von dem blauen Chip 4 des LED-Moduls 1 mit dem darauf angeordneten transparenten kugelförmigen Aufsatz 7 erzeugt wird. Aufgrund des kugelförmigen Aufsatzes 7 wird weniger Farbumwandlungsmaterial auf den zweiten blauen Chip 4 als auf den ersten blauen Chip 3 aufgebracht, was zu verschiedenen Emissionsspektren der zwei blauen Chips 3, 4 führt, und die entsprechenden x-y-Punkte 11, 12 sind innerhalb des Chromatizitätsdiagramms verschieden. Insbesondere führt eine dickere Farbumwandlungsschicht über dem ersten blauen Chip 3 in Bezug auf den zweiten blauen LED-Chip 4 zu einem Farbpunkt mit höheren x- und y-Werten des entsprechenden Punkts 11 auf dem CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm von 2. Aufgrund des Aufbringens des kugelförmigen Aufsatzes 7 ist die Verkapselungsschicht 9 über dem zweiten blauen LED-Chip 4 dünner, so dass ein Farbpunkt mit niedrigeren x-, y-Werten erhalten wird.
  • Das Aufbringen des kugelförmigen Aufsatzes 7 hat einen direkten Einfluss auf die Chromatizitätskoordinaten x, y des von dem zweiten blauen Chip 4 emittierten und umgewandelten Lichts. Je größer das Volumen des kugelförmigen Aufsatzes ist oder je höher seine Dicke ist, desto niedrigere x-y-Chromatizitätskoordinatenwerte des Punkts 12 könnten erhalten werden. Bevorzugt befindet sich der durch seine Chromatizitätskoordinaten x, y bestimmte Farbpunkt 12 in dem Fall des zweiten blauen LED-Chips 4 auf der Linie, die durch die Farbpunkte 11 und 12 als ihre Endpunkte definiert ist.
  • Die Einstellung des gemischten emittierten Lichts, das von dem LED-Modul 1 erzeugt wird, kann durch Variieren der x-, y-Werte von 12, welcher der zweiten blauen LED 4 entspricht, die mit dem kugelförmigen Aufsatz 7 bedeckt ist, erreicht werden, was erzeugt werden kann, indem die Höhe, der Durchmesser oder das Volumen des kugelförmigen Aufsatzes 7 modifiziert wird.
  • Die Anzahl der LED-Chips ist nicht auf drei beschränkt. 3 zeigt eine Ausführungsform eines LED-Moduls 31, das mehrere LED-Chips aufweist, die in einer matrixähnlichen Weise angeordnet sind. Das LED-Modul 31 weist ungefähr die gleiche Anzahl roter Chips 32, 32', 32'', erster blauer Chips 33, 33', 33'', 333''' ohne kugelförmigen Aufsatz und zweiter blauer Chips 34 mit einem darauf angeordneten kugelförmigen Aufsatz 9 auf. Die roten Chips 32, 32', 32'' definieren einen ersten Farbkanal, die ersten blauen Chips 33, 33', 33'', 33''' einen zweiten Farbkanal, und die zweiten blauen Chips 34 definieren einen dritten Farbkanal. Die Anzahl von roten, ersten und zweiten blauen LED-Chips ebenso wie ihr Verhältnis zueinander könnte erfindungsgemäß in einem weiten Bereich variiert werden.
  • Ähnlich der Ausführungsform von 1 sind die LED-Chips auf einem Substrat 5 angeordnet, wobei eine Eingrenzung 8, die alle LED-Chips umgibt, bereitgestellt ist, und die Einkapselungsschicht 9 durch ein Füllverfahren erhalten wird.
  • Unabhängig von der Anzahl von LED-Chips kann die Farbmischung gemäß der Erfindung verbessert werden, wenn die LED-Chips im Wesentlichen nahe aneinander sind. Diese Wirkung wird z. B. erreicht, falls der Abstand zwischen zwei Chips weniger als 5 Mal dem Durchmesser eines Chips ist. Um eine bessere Farbmischung zu erreichen, wird ferner vorgeschlagen, den Abstand zwischen zwei Chips niedriger als 2 Mal dem Chipdurchmesser zu halten. Insbesondere wird vorgeschlagen, einen Abstand zwischen zwei Chips zu haben, der geringer als der Chipdurchmesser ist. Der Abstand zwischen zwei Chips bezieht sich auf den Abstand zwischen zwei benachbarten Chips. Alternativ kann sich der Abstand zwischen zwei Chips auf den kleinsten Abstand zwischen zwei Chips innerhalb des LED-Moduls beziehen. Dieser Abstand ist auch abhängig von erforderlichen thermischen Eigenschaften.
  • Die Chips jedes Farbkanals sind bevorzugt wie z. B. in der Ausführungsform von 4 gleichmäßig auf dem Substrat 5 verteilt. Alternativ können thermische und optische Eigenschaften verbessert werden, wenn die Chips in (nicht gezeigten) Inseln verteilt sind. Jede Insel weist dann vorteilhafterweise gleichmäßig verteilte Chips, d. h. eine gegebene Anzahl von Chips für jeden Kanal, z. B. einen Chip pro Kanal, auf. In einer derartigen Ausführungsform ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Inseln größer als der Abstand zwischen zwei benachbarten Chips innerhalb einer Insel. Die Farbkanalinseln können konzentrische Bänder bilden.
  • Wie vorstehend in Bezug auf 1 und 2 gezeigt, hat der zweite blaue Chip 4 aufgrund des Aufbringens des kugelförmigen Aufsatzes 7, der bevorzugt frei von Farbumwandlungsmaterial ist, eine dünnere Schicht aus Farbumwandlungsmaterial darauf angeordnet als der erste blaue Chip 3.
  • 4 zeigt eine alternative Weise der Bildung einer dünneren Farbumwandlungsschicht (z. B. Phosphorschicht). Gemäß der Ausführungsform von 4 kann die Dicke der Verkapselungsschicht 9 modifiziert werden, indem ein Subträger 42 zwischen dem Substrat und dem zweiten blauen LED-Chip 4 bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform kann die Dicke der Farbumwandlungspartikelschicht wenigstens über dem zweiten blauen Chip 4 verringert werden, indem wenigstens der zweite blaue Chip 4 auf dem Subträger 42 montiert wird, so dass der zweite blaue LED-Chip 4 auf einer höheren Ebene als der wenigstes eine erste blaue LED-Chip 3 positioniert ist.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden LED-Moduls 41 unterscheidet sich von dem einen des LED-Moduls 1 mit dem kugelförmigen Aufsatz 7. Das vorliegende Verfahren beginnt, wie in 4 gezeigt, mit einem Einrichtungsschritt eines Subträgers 42. Alternativ könnte auch ein LED-Chip 4, der mit einem derartigen Subträger 42 vorgefertigt ist, aufgebracht werden, um ein langes Herstellungsverfahren zu vermeiden. LED-Chips, die auf Subträger als LED-Einheiten oder SMD-LEDs aufgebracht werden, könnten ebenfalls in Betracht gezogen werden. Dieser Schritt wird bei der Herstellung des LED-Moduls gemäß der Ausführungsform von 1 vernachlässigt. In einem nächsten Schritt werden die roten 2 und blauen Chips 3, 4 auf das Substrat montiert (S1'). Dieser Montageschritt unterscheidet sich von dem entsprechenden Montageschritt (S1) von 1 darin, dass der zweite blaue Chip 4 nicht direkt an dem Substrat 5 angebracht wird. Eher wird der zweite blaue Chip 4 auf dem Subträger 42 montiert und wird über den Subträger 42 elektrisch mit dem Substrat 5 verbunden. Alternativ könnte eine direkte elektrische Verbindung des blauen LED-Chips 4 mit dem Substrat 5 durch (nicht gezeigte) Kontaktierungsdrähte erzeugt werden. Das Aufbringen einer Unterfüllung 6 an dem LED-Modul 1 ist optisch ähnlich dem durch 1 dargestellten Verfahren. Die restlichen Herstellungsschritte sind ähnlich den im Fall von 1 beschriebenen. Sie weisen die folgenden Verfahren des Bereitstellens (S4) der Eingrenzung 8 um die LED-Chips 2, 3, 4 herum und des Aufbringens des Verkapselungsmaterials innerhalb des von der Eingrenzung 8 begrenzten Bereichs auf, um die Verkapselungsschicht 9 über den LED-Chips 2, 3, 4 bereitzustellen (S5).
  • Die Einstellung des emittierten gemischten Lichts, das von dem LED-Modul 41 erzeugt wird, kann erreicht werden, indem die x-y-Werte der zweiten blauen LED 4 variiert werden, was erreicht werden kann, indem die Dicke (die Höhe) oder das Volumen des Subträgers 42 modifiziert werden. Je höher der Subträger 42 ist, desto kleiner ist das Volumen der Farbumwandlungsschicht über der zweiten blauen LED 4.
  • Das LED-Modul 41, das durch das Aufbringen eines Subträgers 42 hergestellt wird, könnte im Vergleich zu dem LED-Modul 1, das einen kugelförmigen Aufsatz 7 aufweist, den Vorteil haben, dass z. B. das Herstellungsverfahren einfacher, billiger und/oder kürzer sein könnten, indem ein LED-Chip 4 mit einem Subträger 42 aufgebracht wird. Andererseits kann der Subträger 42, der für den zweiten blauen Chip 4 bereitgestellt ist, auch nachteilig sein, da thermische Eigenschaften des LED-Moduls 41, z. B. die Wärmeabfuhr, abhängig von dem Material des aufgebrachten Subträgers negativ beeinflusst werden kann.
  • 5 zeigt ein LED-Modul 51 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Dieses LED-Modul 51 weist drei LED-Chips 52, 53, 54 auf, die identisch sind oder ebenso ein wenigstens ähnliches Emissionsspektrum bereitstellen. Die LED-Chips sind z. B. blau, das emittierte Licht liegt ausschließlich oder hauptsächlich in dem blauen Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts des elektromagnetischen Strahlungsspektrums. Außer diesem Unterschied sind alle LEDs ähnlich. Die Struktur des LED-Moduls 51 entspricht dem einen in 1 gezeigten LED-Modul 1. Ein kugelförmiger Aufsatz 7 wird auf einer LED 54, aber nicht auf den anderen zwei LEDs 52, 53 platziert. Auf diese Weise wird über den zwei ersten LEDs 52, 53 eine dickere Verkapselungsschicht, d. h. eine dickere Schicht aus Phosphor bereitgestellt. Ein dünnere Verkapselungsschicht wird über der dritten LED 54 bereitgestellt.
  • In dem in 6 gezeigten CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm entspricht der Farbpunkt 61, der durch seine x- und y-Koordinaten beschrieben wird, dem von den ersten zwei LEDs 52, 53 emittierten Licht, während der Farbpunkt 62 dem Licht entspricht, das von der dritten LED 54 emittiert wird, die mit dem kugelförmigen Aufsatz 7 bedeckt ist. Das emittierte gemischte Licht, das von dem LED-Modul 51 erzeugt wird, kann modifiziert werden, indem die Position des Farbpunkts 62 auf dem Diagramm variiert wird, d. h. indem z. B. die Höhe, der Durchmesser oder das Volumen des kugelförmigen Aufsatzes 7, wie vorstehend im Detail beschrieben, modifiziert wird.
  • Das in 7 gezeigte Modul 71 stellt in der Hinsicht eine Modifikation des LED-Moduls 51 von 5 dar, dass ähnlich der in 4 beschriebenen Ausführungsform ein Subträger 42 unter der dritten LED 54 aufgebracht wird, anstatt einen kugelförmigen Aufsatz auf sie zu montieren.
  • Wie bereits bei der Ausführungsform von 3 erkannt, ist die Erfindung nicht auf LED-Module beschränkt, die genau drei LED-Chips oder sogar drei Farbkanäle enthalten. Gemäß der Erfindung werden wenigstens zwei LEDs und zwei Farbkanäle bereitgestellt, wobei eine der LEDs einen Kanal definiert und wenigstens eine andere LED den anderen Farbkanal definiert. Eine Dicke der Verkapselungsschicht ist verkleinert, wobei sie wenigstens die LED eines der anderen Farbkanäle bedeckt.
  • In allen Ausführungsformen, aber insbesondere in der Ausführungsform von 5 und 7, die nur blaue Chips ausbringt, wird bevorzugt, dass wenigstens zwei verschiedene Chips eine einzelne Stromsteuerung haben. In den Ausführungsformen von 5 und 7 mit zwei Farbkanälen wird jeder Kanal bevorzugt getrennt gesteuert. In den Ausführungsformen von 1 und 4, die drei Farbkanäle aufbringen, wird bevorzugt jeder der drei Kanäle getrennt gesteuert. Folglich können Schwankungen in dem Emissionsspektrum durch getrenntes Einstellen des Stroms der verschiedenen Kanäle kompensiert werden.
  • Vorteilhafterweise könnte im Fall des LED-Moduls 51 gemäß 5 wenigstens der zweite blaue Chip 54 mit dem darauf abgegebenen transparenten kugelförmigen Aufsatz 7 als eine Funktion des wenigstens einen blauen Chips 53, auf dem kein kugelförmiger Aufsatz angeordnet ist, eingestellt werden. Daher können Schwankungen aufgrund der Herstellung kompensiert werden, indem der Strom oder das Stromverhältnis zwischen einem blauen LED-Chip mit kugelförmigem Aufsatz und einem blauen LED-Chip ohne kugelförmigen Aufsatz eingestellt werden, bis der gewünschte Farbpunkt in dem CIE-Diagramm erreicht ist.
  • Die Erfindung stellt somit durch die folgenden drei Optionen, die sogar kombiniert werden könnten, ein Verfahren zur Steuerung des Farbpunkts oder zum Kompensieren seiner Schwankungen bereit, um einen konstanten Farbpunkt zu haben. Zuerst ist es möglich, das Volumen oder die Höhe des transparenten kugelförmigen Aufsatzes gegen die Dicke oder das Volumen der Farbumwandlungsschicht zu variieren. Die zweite Möglichkeit ist, die Positionsebene (in der Höhe) des wenigstens einen LED-Chips anzupassen. Die dritte Option stellt die einzelne Stromsteuerung der wenigstens zwei verschiedenen LED-Chips dar, wobei einer der LED-Chips einen transparenten kugelförmigen Aufsatz oder einen Subträger hat, d. h. der letztere hat eine dickere Farbumwandlungsschicht über sich.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    LED-Modul
    2
    roter LED-Chip
    3
    erster blauer LED-Chip
    4
    zweiter blauer LED-Chip
    5
    Substrat
    6
    Unterfüllung
    7
    kugelförmiger Aufsatz
    8
    Eingrenzung
    9
    Verkapselung
    10
    X-Y-Darstellung des durch den LED-Chip 2 des LED-Moduls 1 erzeugten Lichts
    11
    X-Y-Darstellung des durch den LED-Chip 3 des LED-Moduls 1 erzeugten Lichts
    12
    X-Y-Darstellung des durch den LED-Chip 4 des LED-Moduls 1 erzeugten Lichts
    13
    Innenwand der Eingrenzung 8
    14
    X-Y-Darstellung des Lichts, das nur von dem LED-Chip 3, 4 erzeugt wird
    15
    Spektralkurve des CIE-1931-Chriomatizitätsdiagramms
    16, 66
    Plancksche Kurve (volle Strahlungskurve)
    41
    LED-Modul gemäß 4
    42
    Subträger
    51
    LED-Modul gemäß 5
    52, 53, 54
    LED-Chip
    61
    Licht, das von dem LED-Chip 52, 53 in dem CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm erzeugt wird
    62
    Licht, das von dem LED-Chip 54 in dem CIE-1931-Chromatizitätsdiagramm erzeugt wird
    71
    LED-Modul gemäß 7
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2010/078664 A1 [0004]

Claims (17)

  1. LED-Modul (1), das aufweist: – ein Substrat (5) für LED-Chips, – wenigstens zwei LED-Chips (2, 3, 4), die direkt oder indirekt auf das Substrat (5) montiert sind, und – eine Verkapselungsschicht (9), die auf den LED-Chips (2, 3, 4) angeordnet ist und Farbumwandlungsmaterial zum Modifizieren des Emissionsspektrums der LED-Chips aufweist, wobei die Menge des Farbumwandlungsmaterials, das auf einer ersten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip (4) angeordnet ist, niedriger als die Menge des Farbumwandlungsmaterials ist, das auf einer zweiten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip (2, 3) angeordnet ist.
  2. LED-Modul (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke der Verkapselungsschicht (9) oberhalb des LED-Chips (4) der ersten Gruppe kleiner als die Dicke der Verkapselungsschicht (9) über dem LED-Chip (2, 3) der zweiten Gruppe ist.
  3. LED-Modul (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Verkapselungsschicht auf den LED-Chips mittels Abgabe, direkter Abscheidung, Montieren oder Kleben angeordnet ist.
  4. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen kugelförmigen Aufsatz (7) aufweist, der auf dem LED-Chip (4) der ersten Gruppe angeordnet, d. h. abgegeben, montiert oder umspritzt ist.
  5. LED-Modul (1) gemäß Anspruch 4, wobei der kugelförmige Aufsatz (7) frei von Farbumwandlungsmaterial ist oder ein Farbumwandlungsmaterial aufweist, das sich von dem Farbumwandlungsmaterial der Verkapselungsschicht (9) unterscheidet.
  6. LED-Modul (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der kugelförmige Aufsatz (7) und/oder die Verkapselungsschicht (9) Streupartikel aufweist/en.
  7. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Unterfüllung (6) aufweist, die auf das Substrat (5) aufgebracht wird, nachdem die LED-Chips (2, 3, 4) auf das Substrat (5) montiert sind.
  8. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Subträger (42) aufweist, der zwischen dem Substrat (5) und dem LED-Chip (4) der ersten Gruppe eingefügt ist.
  9. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Eingrenzung (8) auf dem Substrat (5) aufweist, so dass die Verkapselungsschicht (9) ausgebildet werden kann, indem der von der Eingrenzung (8) begrenzte Bereich mit Verkapselungsmaterial gefüllt wird, das Farbumwandlungsmaterial aufweist, wobei die Innenwand (13) der Eingrenzung (8) bevorzugt reflektierend ist.
  10. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LED-Chips (2, 3) der ersten Gruppe und/oder die LED-Chips (4) der zweiten Gruppe verschiedene Emissionsspektren bereitstellen.
  11. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein LED-Chip (3) der ersten Gruppe und wenigstens ein LED-Chip (4) der zweiten Gruppe ein identisches oder ähnliches Emissionsspektrum haben.
  12. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein LED-Chip (3) der ersten Gruppe in dem blauen Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums emittiert und wenigstens ein LED-Chip (4) der zweiten Gruppe in dem roten Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums emittiert.
  13. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf dem Substrat (5) montierten LED-Chips (52, 53, 54) ein identisches oder ähnliches Emissionsspektrum bieten.
  14. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von dem LED-Modul (1) emittierte Licht eine Mischung aus wenigstens zwei verschiedenen Emissionsspektren ist.
  15. LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine getrennte Stromsteuerung/-regelung zum Ansteuern eines LED-Chips (4) der ersten Gruppe und zum Ansteuern eines LED-Chips (2, 3) der zweiten Gruppe aufweist.
  16. Lampe, insbesondere eine von hinten eingebaute LED-Lampe, die ein LED-Modul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  17. Verfahren zum Einstellen der Chromatizitätskoordinate oder des Spektrums des Lichts, das von einem LED-Modul (1) emittiert wird, das aufweist: – ein Substrat (5) für LED-Chips, – wenigstens zwei LED-Chips (2, 3, 4), die direkt oder indirekt auf das Substrat (5) montiert werden (S1), und – eine Verkapselungsschicht (9), die Farbumwandlungsmaterial zum Umwandeln des Emissionsspektrums der LED-Chips aufweist, wobei das Verfahren das Anordnen (S5) der Verkapselungsschicht (9) auf den LED-Chips (2, 3, 4) aufweist, wobei die Menge des Farbumwandlungsmaterials, das auf einer ersten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip (4) angeordnet ist, geringer als die Menge des Farbumwandlungsmaterials ist, das auf einer zweiten Gruppe aus wenigstens einem LED-Chip (2, 3) angeordnet ist.
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