DE102011006688A1 - LED chip for use in LED illumination device of e.g. projector, has inwardly reflective layer formed on radiation exit side using wafer process, where aperture is formed at edge section of reflective layer for exit of radiation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen LED-Chip, der beispielsweise nach dem „chip-on-board” Prinzip unmittelbar auf einer Platine gebondet werden kann und insbesondere einen LED-Chip gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an LED chip which can be bonded directly to a circuit board, for example according to the "chip-on-board" principle, and in particular to an LED chip according to the preamble of
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung geht aus von einer LED beispielsweise in SMD-Bauweise, wonach mehrere LED-Chips als jeweils eine flächige Lichtquelle auf einer Platine montiert sind. Derartige LED-Chips haben infolge ihrer flachen Bauweise einer vergleichsweise geringe Leuchtdichte. Daher wurden in der Vergangenheit mehrere LED-Chips, wie vorstehend ausgeführt, mittels Lichtbündel auf einen kleinen Durchmesser zusammengeführt, um dadurch eine höhere Leuchtdichte zu erreichen. Auch wurden Anstrengungen dahingehend unternommen, eine LED mit höheren elektrischen Strömen zu betreiben, um dadurch die Leuchtdichte zu erhöhen. Eine weitere Modifikation sah vor, LEDs so anzuordnen, dass diese in eine nachgeschaltete sogenannte Leuchtbox einstrahlen, die eine vordefinierte Lichtaustrittsöffnung besitzt. Durch diese Öffnung kann das innerhalb der Leuchtbox mehrfach reflektierte Licht emittieren, wodurch eine Leuchtdichteerhöhung zu erreichen ist.The invention is based on an LED, for example, in SMD construction, according to which a plurality of LED chips are each mounted as a flat light source on a circuit board. Such LED chips have a comparatively low luminance due to their flat design. Therefore, in the past, a plurality of LED chips, as stated above, have been converged by means of light beams to a small diameter, thereby achieving a higher luminance. Efforts have also been made to operate an LED with higher electrical currents to thereby increase the luminance. Another modification provided to arrange LEDs so that they radiate into a downstream so-called light box, which has a predefined light exit opening. Through this opening, the light reflected multiple times within the light box can emit light, whereby a luminance increase can be achieved.
An dieser Stelle soll darauf verwiesen werden, dass viele Anwendungen von LED-Lösungen beispielsweise bei Projektoren, Endoskopen in der Medizintechnik oder Frontscheinwerfern im Automobilbau hohe Leuchtdichten brauchen, um die nachgeschalteten optischen Systeme möglichst klein zu halten oder um kleine hell/dunkel-Übergänge zu realisieren. Bei diesen Anwendungen ist es wichtig, dass das verwendete Leuchtmittel trotz geforderter hoher Leuchtdichte insgesamt klein baut und dennoch eine vergleichsweise hohe Lebensdauer erzielt wird.At this point, it should be pointed out that many applications of LED solutions, for example in projectors, endoscopes in medical technology or headlights in automotive engineering, require high luminances in order to keep the downstream optical systems as small as possible or to realize small light / dark transitions , In these applications, it is important that the lamp used despite the required high luminance is small overall and yet a relatively long life is achieved.
Die Verwendung von sogenannten Hochleistungs-LEDs (H-LED) führt zwar zu deutlich höheren Leuchtdichten, hat aber das grundsätzliche Problem einer ausreichenden Wärmeableitung und infolge dessen einer signifikant verringerten Lebensdauer. Die Bündelung einer Mehrzahl von LEDs hat zwangsläufig die Vergrößerung der äußeren Gesamtabmessungen des Leuchtmittels (LED-Verbund) zur Folge.Although the use of so-called high-power LEDs (H-LED) leads to significantly higher luminance, but has the fundamental problem of sufficient heat dissipation and as a result of a significantly reduced life. The bundling of a plurality of LEDs inevitably increases the overall external dimensions of the light source (LED composite) result.
Stand der TechnikState of the art
Die
Diese bekannte LED-Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lampenfassung, einen darauf angeordneten Kühlkörper, eine darauf wiederum angeordnete Platine mit einer Mehrzahl von auf der Platine montierten LED-Chips und eine Abdeckung aus einem lichtdurchlässigen (transparenten) Material. Die Platine der LED-Beleuchtungsvorrichtung enthält vorzugsweise ein thermisch leitfähiges Material, um an den LED-Chips erzeugte Wärme an den Kühlkörper übertragen zu können. Insgesamt hat die LED-Beleuchtungsvorrichtung eine der Platine abgewandte Strahlungsaustrittsseite, aus der die von den LED-Chips emittierte Strahlung durch die vorzugsweise kuppelförmige Abdeckung austreten kann.This known LED lighting device comprises a lamp socket, a heat sink arranged thereon, a printed circuit board arranged thereon with a plurality of LED chips mounted on the printed circuit board and a cover made of a transparent (transparent) material. The board of the LED lighting device preferably contains a thermally conductive material in order to be able to transmit heat generated at the LED chips to the heat sink. Overall, the LED lighting device has a side facing away from the board radiation exit side, from which the radiation emitted by the LED chips radiation can escape through the preferably dome-shaped cover.
In sofern folgt diese bekannte Lösung dem Ansatz der Bündelung einer Mehrzahl von LEDs zur Erhöhung der Leuchtdichte, wobei in diesem Fall der Abdeckung ausschließlich die Funktion einer Lichtstreuung zugeordnet ist. Trotz dieser leistungssteigernden Maßnahme bleibt die Leuchtdichte immer noch zu niedrig und die äußeren Abmessungen des LED-Beleuchtungsvorrichtung zu groß.In so far, this known solution follows the approach of bundling a plurality of LEDs to increase the luminance, in which case the cover is assigned exclusively the function of light scattering. Despite this performance enhancing measure, the luminance still remains too low and the external dimensions of the LED lighting device too large.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Angesichts dieses Stands der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen LED-Chip und eine damit ausgerüstete LED-Beleuchtungsvorrichtung dieser Gattung bereit zu stellen, deren Leuchtdichte unter Beibehaltung einer möglichst geringen Baugröße gesteigert ist Diese Aufgabe wird durch einen LED-Chip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.In view of this state of the art, it is the object of the present invention to provide an LED chip and a LED lighting device equipped therewith of this type whose luminance is increased while maintaining the smallest possible size. This object is achieved by an LED chip with the Characteristics of
Demzufolge besteht ein LED-Chip gemäß der Erfindung zumindest aus einer zur Erzeugung von Strahlung geeigneten aktiven Schicht mit einer vorbestimmten Strahlungsaustrittsseite sowie einer auf der Strahlungsaustrittsseite aufgebrachten, nach innen reflektiven Schicht, in der eine Öffnung für den Strahlungsaustritt geschaffen ist. Hierdurch wird quasi eine Art Leuchtbox innerhalb des LED-Chip generiert, welche die Leuchtdichte erhöht, ohne dass sich die äußere Abmessung des Chip (mit Ausnahme der Schichtdicke der reflektiven Schicht) vergrößert.Accordingly, an LED chip according to the invention consists of at least one active layer capable of producing radiation with a predetermined radiation exit side and an inwardly reflective layer applied to the radiation exit side, in which an opening for the radiation exit is created. As a result, a kind of light box is generated within the LED chip, which increases the luminance without increasing the outer dimension of the chip (with the exception of the layer thickness of the reflective layer).
Vorteilhaft ist es, wenn die Strahlungsaustrittsöffnung in ihrem Querschnitt kleiner ist als die Strahlungsemittierende Austrittsseite des LED-Chip. Dadurch verstärkt sich der Leuchtboxeffekt.It is advantageous if the radiation outlet opening in its cross section is smaller than the radiation-emitting outlet side of the LED chip. This increases the light box effect.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die reflektive Schicht die Austrittsseite des LED-Chip mit Ausnahme der Öffnung vollständig überzieht. Auf diese Weise wird nur eine einzige, definierte Austrittsöffnung geschaffen, wobei die herbei erzielbare Leuchtdichte reproduzierbar ist.It is further advantageous if the reflective layer completely covers the exit side of the LED chip, with the exception of the opening. In this way, only a single, defined outlet opening is created, the herbei achievable luminance is reproducible.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Öffnung an einem äußeren Randabschnitt der Strahlungsaustrittsseite ausgebildet ist, derart, dass diese vom Chiprand begrenzt wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, mehrere LED-Chips so aneinander zu reihen, dass deren jeweilige Öffnungen quasi zu einer gemeinsamen Öffnung zusammenfinden. Hierdurch lässt sich die Leuchtdichte weiter steigern. According to one embodiment of the invention, it is provided that the opening is formed on an outer edge portion of the radiation exit side, such that it is bounded by the chip edge. This opens up the possibility of arranging several LED chips in such a way that their respective openings virtually converge to form a common opening. As a result, the luminance can be further increased.
Erfindungsgemäß ist es ferner vorgehen, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit einer Anzahl von LED-Chips vorzugsweise der vorstehenden Art auszubilden, welche auf einer gemeinsamen Platine in randseitiger Gegenüberlage zueinander montiert sind. Vorzugsweise sind mehrere LED-Chips dabei so platziert, dass deren jeweilige Öffnungen in der reflektiven Schicht zusammen eine gemeinsame, im Gesamtquerschnitt vergrößerte Öffnung definieren.According to the invention, it is further preferable to form an LED lighting device with a number of LED chips, preferably of the above type, which are mounted on a common board in edge-side opposition to each other. Preferably, a plurality of LED chips are placed in such a way that their respective openings in the reflective layer together define a common opening which is enlarged in overall cross-section.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)Short description of the drawing (s)
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying figures. The figures show:
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
In der
Zwischen der n- und p-dotierten Schicht
Wie aus der
Im Unterschied hierzu ist es erfindungsgemäß (siehe
In der
Im letzteren Fall der Positionierung besteht die Möglichkeit, eine Anzahl von LED-Chips vorzugsweise in Rechteckform (quadratisch) benachbart zueinander bzw. randseitig (nahezu) aneinanderstoßend so auf einer gemeinsamen Platine (nicht weiter dargestellt) zu platzieren, dass deren jeweilige Öffnungen
Offenbart ist ein LED-Chip bestehend aus einer zur Erzeugung von Strahlung S geeigneten aktiven Schicht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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