DE102012205461A1 - Led-chip mit temperaturabhängiger wellenlänge - Google Patents

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Abstract

Leuchtdiode (14) mit einem Durchlichtelement (16), dessen Transmissionsgrad (Tg) für von der Leuchtdiode (14) emittiertes Licht temperaturabhängig ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiode. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einer solchen Leuchtdiode. Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar für LED-Module und LED-Lampen, insbesondere Retrofitlampen.
  • Es sind LED-Module bekannt, bei denen InGaN-Chips und InGaAlP-Chips kombiniert werden. Häufigstes Anwendungsbeispiel ist eine Kombination von leuchtstoffkonvertierten InGaN-Chips mit einem grünlichen Farbort ('minze' oder 'mint') mit roten oder rotorangefarbenen ('amber') InGaAlP-Chips zur Erzeugung von warmweißem Mischlicht mit hoher Farbwiedergabe ("Brilliant Mix"). Eine Variante des "Brilliant Mix" ist beispielsweise in WO 2011/044931 A1 beschrieben.
  • Nach Aktivierung der Leuchtdiode erhöht sich ihre (Betriebs-)Temperatur bzw. Sperrschichttemperatur des zugehörigen LED-Chips auf ca. 80°C bis 100°C, wozu eine damit ausgerüstete Retrofit-Lampe ca. 20 Minuten benötigt. Mit der Temperaturerhöhung verringert sich auch die Lichtleistung der Leuchtdiode bzw. deren LED-Chip, und zwar bei einem InGaAlP-Chip erheblich stärker als bei einem InGaN-Chip. Im genannten Temperaturbereich sinkt die Lichtleistung eines InGaAlP-Chips um typischerweise 30% bis 40% ab, während die eines InGaN-Chips nur um typischerweise 5% bis 20% absinkt. Dadurch ergibt sich eine Reduzierung der augenbewerteten Lichtleistung (in Lumen) auf etwa die Hälfte. Zudem wird so eine für einen Betrachter deutlich wahrnehmbare Farbänderung des Mischlichts bewirkt, welche typischerweise zwischen Raumtemperatur und normaler Betriebstemperatur bis zu zwanzig MacAdam-Schritte umfassen kann.
  • Eine beispielsweise aus EP 1 348 318 B1 bekannte Lösung, um die Verschiebung des Summenfarborts zu verringern, besteht in einer externen Regelung der elektrischen Betriebsströme durch die Leuchtdioden, wodurch deren Helligkeit geregelt wird. Hierbei müssen entweder die Temperatur der Leuchtdioden und/oder der Farbort des von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichts gemessen werden und dann das Verhältnis der Betriebsströme durch die InGaN- und InGaAlP-Chips entsprechend nachgeregelt werden. Diese Regelung ist vergleichsweise aufwändig und teuer.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine weniger aufwändige Möglichkeit zur Anpassung einer temperaturabhängigen Helligkeitsänderung einer Leuchtdiode und/oder einer damit ausgerüsteten Leuchtvorrichtung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtdiode mit einem Durchlichtelement, wobei ein Transmissionsgrad bzw. ein Absorptionsgrad des Durchlichtelements für von der Leuchtdiode emittiertes Licht temperaturabhängig ist.
  • Diese Leuchtdiode weist den Vorteil auf, dass sie eigenständig und ohne äußere Steuerung ('passiv') eine gezielte temperaturabhängige Helligkeitsänderung der Leuchtdiode ermöglicht. Dadurch wiederum kann eine temperaturabhängige Verschiebung eines Summenfarborts der Leuchtdiode einer damit ausgerüsteten Leuchtvorrichtung auf einfache Weise beeinflusst, insbesondere verringert, werden.
  • Das Durchlichtelement kann auch als Helligkeitsfilter, Transmissionselement, Absorptionselement oder Kontrastfilter bezeichnet werden.
  • Die Leuchtdiode kann insbesondere ein nicht gehäuster LED-Chip oder eine einen LED-Chip aufweisende gehäuste Leuchtdiode sein. Die Leuchtdiode kann insbesondere eine konvertierende Leuchtdiode sein, welche mindestens einen wellenlängenkonvertierenden Leuchtstoff zur zumindest teilweisen Wellenlängenkonversion des von dem zugehörigen LED-Chip emittierten Lichts aufweist. Im Fall eines (nicht gehäusten) LED-Chips kann der Leuchtstoff insbesondere als ein Plättchen auf dem LED-Chip aufliegen, z.B. als ein keramisches Plättchen oder als ein Plättchen aus Leuchtstoff aufweisender Vergussmasse. Im Fall einer gehäusten Leuchtdiode kann der LED-Chip insbesondere mit mindestens einem Leuchtstoff als Füllstoff aufweisenden, lichtdurchlässigem Matrixmaterial (z.B. Silikon, PC, PMMA usw.) vergossen sein.
  • Allgemein kann das Durchlichtelement insbesondere auf zumindest einem Teil einer Emitterfläche eines LED-Chips aufgebracht sein oder alternativ davon beabstandet sein. Im Fall einer konvertierenden Leuchtdiode kann das Durchlichtelement auch auf zumindest einem Teil einer freien Oberfläche bzw. Lichtaustrittsfläche eines Leuchtstoffkörpers (z.B. einer Leuchtstoffschicht oder einer leuchtstoffhaltigen Vergussmasse) aufgebracht sein, oder alternativ davon beabstandet sein.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass eine Emitterfläche des LED-Chips mehrflächig ausgestaltet ist, z.B. bei einem Volumenemitter. Es ist eine alternative Weiterbildung, dass eine Emitterfläche des LED-Chips einflächig ausgestaltet ist, z.B. bei einem Oberflächenemitter (z.B. Top-LED der Fa. Osram). Der LED-Chip kann insbesondere ein sog. Dünnfilm- oder "Thin-Film-"LED-Chip sein. Die Verwendung eines Oberflächenemitters weist den Vorteil einer einfacheren Anbringung und einer einfacheren Formgestaltung des Durchlichtelements auf.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass das Durchlichtelement ein thermochromes Durchlichtelement ist, welches temperaturabhängig zwischen einem farblosen Zustand und einem farbigen Zustand umschaltbar ist. Das Durchlichtelement kann dabei grundsätzlich mit steigender Temperatur von farbig nach farblos schalten ("konventionelle Schaltung") oder von farblos nach farbig schalten ("inverse Schaltung"). Dabei kann insbesondere ein farbloses Durchlichtelement einen höheren Transmissionsgrad aufweisen als ein farbiges Durchlichtelement. Ein solches Durchlichtelement weist den Vorteil auf, dass es vielfältig realisierbar ist. Es weist ferner den Vorteil auf, dass es zur Änderung eines Transmissionsgrads insbesondere eines nur begrenzten spektralen Bereichs eingesetzt werden kann. Dies mag insbesondere vorteilhaft sein, falls die Leuchtdiode eine konvertierende Leuchtdiode ist, deren Licht mehrere unterschiedliche Farb- und Spektralanteile aufweist, von denen nur einige Farbanteile temperaturabhängig in ihrer Helligkeit angepasst werden sollen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die Leuchtdiode eine teilkonvertierende Leuchtdiode ist, welche genau einen Leuchtstoff aufweist. Das von der Leuchtdiode abgestrahlte Licht weist dann einen von dem LED-Chip abgestrahlten Primärlichtanteil und einen von dem Leuchtstoff umgewandelten Sekundärlichtanteil auf, welche zusammen ein Mischlicht ergeben. Das Durchlichtelement mag insbesondere einen Transmissionsgrad aufweisen, welcher hauptsächlich oder nur für das Primärlicht/den Primärlichtanteil oder das Sekundärlicht/den Sekundärlichtanteil temperaturabhängig änderbar ist. Diese Weiterbildung ist besonders vorteilhaft einsetzbar, falls sich ein Konversionsgrad temperaturabhängig ändert.
  • Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die Leuchtdiode eine konvertierende Leuchtdiode ist, welche mindestens zwei Leuchtstoffe aufweist, und das Durchlichtelement einen Transmissionsgrad aufweist, welcher für nur von einem Teil der Leuchtstoffe konvertiertes (Sekundär-)Licht selektiv temperaturabhängig ist, ggf. auch für das Primärlicht. Die Leuchtdiode mag eine vollkonvertierende Leuchtdiode ohne Primärlichtanteil oder eine teilkonvertierende Leuchtdiode mit einem Primärlichtanteil sein. Das von der Leuchtdiode abgestrahlte Licht weist dann ggf. einen von dem LED-Chip abgestrahlten Primärlichtanteil und mindestens zwei von den Leuchtstoffen umgewandelte, spektral unterschiedliche Sekundärlichtanteile auf, welche zusammen ein Mischlicht ergeben. Das Durchlichtelement mag also insbesondere einen Transmissionsgrad aufweisen, welcher selektiv (hauptsächlich oder nur) für ein oder mehrere Sekundärlichtanteile temperaturabhängig änderbar ist und für zumindest einen anderen Sekundärlichtanteil zumindest im Wesentlichen temperaturunabhängig ist. Diese Weiterbildung ist besonders vorteilhaft einsetzbar, falls sich ein Konversionsgrad der Leuchtstoffe temperaturabhängig unterschiedlich ändert.
  • Es ist eine Ausgestaltung davon, dass das thermochrome Durchlichtelement mindestens einen Leukofarbstoff aufweist. Leukofarbstoffe weisen den Vorteil auf, dass sie ähnlich einfach wie normale Farben handhabbar und in hoher Zahl verfügbar sind. Zudem weisen sie eine hohe Lebensdauer auf. Der mindestens eine Leukofarbstoff kann insbesondere als Polymer und/oder Pigment vorliegen. Alternativ mag das thermochrome Durchlichtelement aber z.B. auch mindestens einen thermochromen Flüssigkristall aufweisen.
  • Im Falle von Leukofarbstoffen kann das thermochrome Material insbesondere Mikropartikel bzw. Mikrokapseln aufweisen, in welche ein Mix aus einem (Indikator-)Farbstoff („Leuco Dye“) und einer schwachen Säure gebunden ist. Die durchschnittliche Partikelgröße beträgt typischerweise zwischen 0,1 Mikrometern und 10 Mikrometern. Diese Polymermatrix ändert bei einer Temperaturänderung ihren pH-Wert, was eine Änderung des Farbstoffs nach sich zieht. Der optische Übergang kann z.B. durch eine Konzentration, Materialeigenschaften und ein Mischungsverhältnisse der Mikropartikel bzw. Mikrokapseln in einem weiten Rahmen variiert werden. Die additiven Mikropartikel bzw. Mikrokapseln können zur leichteren Verarbeitung in SSL-typische Materialien integriert sein (Silikon, PC, PMMA usw.) oder als Beschichtung aufgebracht werden.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Durchlichtelement ein thermotropes Durchlichtelement ist, welches temperaturabhängig zwischen einem transparenten Zustand und einem diffusen oder transluzenten Zustand umschaltbar ist. Das thermotrope Durchlichtelement kann dabei grundsätzlich mit steigender Temperatur von diffus nach klar schalten ("konventionelle Schaltung") oder von klar nach diffus schalten ("inverse Schaltung"). Dabei kann insbesondere ein klares Durchlichtelement einen höheren Transmissionsgrad aufweisen als ein diffuses Durchlichtelement. Ein solches Durchlichtelement weist den Vorteil auf, dass es insbesondere zur Änderung eines Transmissionsgrads eines breiten spektralen Bereichs eingesetzt werden kann.
  • Es ist eine Ausgestaltung davon, dass das Durchlichtelement mindestens ein thermotropes Polymermaterial aufweist, z.B. ähnlich wie in US 6,362,303 oder EP 1 156 099 A1 beschrieben. So können zwei Polymere verwendet werden, von denen ein erstes Polymer mit einem niedrigen Schmelzpunkt in ein zweites Polymermatrixmaterial eingebracht wird und dieses durchsetzt. Beide zusammen zeigen lichtstreuende Eigenschaften. Bei Überschreiten einer sog. Umschlagstemperatur ("upper critical solution temperature") geht das Polymergemisch von einem lichtstreuenden in einen klaren Zustand über. Es lassen sich in der Polymermatrix verschiedene Bereiche für das erste Polymer herstellen, um den Übergang von diffus auf klar auf einen breiteren Temperaturbereich aufzuweiten.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass in die Polymermatrix noch Additive hinzugefügt sind, welche UV-, VIS- und/oder IR-absorbierende Eigenschaften aufweisen und/oder Pigmente beinhalten, um das Erscheinungsbild der Leuchtvorrichtung zu optimieren.
  • Das Polymergemisch kann insbesondere durch Applikation als eine dünne Polymerschicht aufgebracht werden bzw. sein.
  • Die beschriebenen thermogenen Funktionen können insbesondere optisch reversibel sein.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Leuchtdiode einen InGaAlP-Chip (gehäust oder ungehäust) aufweist. InGaAlP-Chips weisen eine vergleichsweise starke Temperaturabhängigkeit ihrer Lichtleistung auf, so dass das Durchlichtelement hierbei besonders vorteilhaft einsetzbar ist.
  • Insbesondere die Ausgestaltung, dass der Transmissionsgrad des Durchlichtelements mit steigender Temperatur (insbesondere Betriebstemperatur der Leuchtdiode oder Sperrschichttemperatur des LED-Chips) zunimmt, kann für InGaAlP-Chip bewirken, dass die Helligkeit des von dieser Leuchtdiode abgestrahlten Lichts mit zunehmender Temperatur vergleichsweise weniger abnimmt oder sogar zunimmt, und zwar im Vergleich zu einem Zustand ohne Durchlichtelement. Dadurch wird insbesondere eine temperaturabhängige Korrektur eines Anteils des durch das Durchlichtelement laufenden Lichts der stark temperaturabhängigen Leuchtdiode an einem Mischlicht ermöglicht. Dies wiederum ermöglicht auf einfache Weise einen Verbleib eines Summenfarborts des Mischlichts innerhalb einer kleineren Farbfläche, z.B. innerhalb einer 3-Schritt-MacAdam-Ellipse. Das Mischlicht kann ein Mischlicht der Leuchtdiode und/oder ein Mischlicht der Leuchtvorrichtung sein.
  • Insbesondere lässt sich grundsätzlich eine praktisch vollständige passive Kompensation eines Temperaturgangunterschieds zwischen Leuchtdioden mit (konvertierenden oder nicht-konvertierenden) InGaN-Chips und
  • Leuchtdioden mit (konvertierenden oder nicht-konvertierenden) InGaAlP-Chips erreichen.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Transmissionsgrad des Durchlichtelements für das von der Leuchtdiode emittierte Licht mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dadurch kann insbesondere ein Helligkeitsabfall einer Leuchtdiode mit zunehmender Temperatur verstärkt werden.
  • Dies mag insbesondere für den Fall einer Leuchtdiode mit einem, insbesondere minzefarbenen, InGaN-Chip vorteilhaft sein, um dessen Helligkeitsabfall an einen stärkeren Helligkeitsabfall einer anderen Leuchtdiode anzupassen, insbesondere an eine Leuchtdiode mit einem InGaAlP-Chip.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass das Durchlichtelement in einem Temperaturbereich der Leuchtdiode, insbesondere deren LED-Chip, zwischen 0°C und 125°C, insbesondere zwischen 0°C und 100°C, insbesondere zwischen 25°C und 100°C, einen sich ändernden Transmissionsgrad aufweist. Dabei braucht sich der Transmissionsgrad nicht über den gesamten Temperaturbereich zu ändern, sondern mag sich beispielsweise nur in einem Teilbereich davon ändern. Insbesondere mag sich der Transmissionsgrad mit steigender Temperatur zumindest abschnittweise kontinuierlich (nicht sprunghaft) ändern, insbesondere zumindest annähernd linear ändern (steigen oder abfallen). Alternativ mag ein Transmissionsgrad mit einem nicht linear steigenden Transmissionsgrad oder einem sprungartigen oder quasi-sprungartigen Übergang verwendet werden.
  • Das Durchlichtelement kann insbesondere nach Art eines Kantenfilters auf Temperaturänderungen reagieren. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass der Transmissionsgrad in einem ersten Temperaturbereich ansteigt, konstant bleibt und/oder absinkt und sich in einem zweiten Temperaturbereich anders verhält, z.B. konstant bleibt, absinkt und/oder ansteigt.
  • Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Leuchtdiode wie oben beschrieben. Die Leuchtvorrichtung weist die gleichen Vorteile auf wie die Leuchtdiode und kann analog ausgestaltet sein.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens eine Leuchtdiode ohne ein Durchlichtelement wie oben beschrieben aufweist. Mittels des Durchlichtelements kann insbesondere eine Änderung einer Helligkeit der damit ausgerüsteten Leuchtdiode an eine Änderung einer Helligkeit einer Leuchtdiode ohne Durchlichtelement angepasst werden, insbesondere zur Begrenzung eines Helligkeitsverhältnisses innerhalb eines engeren Bereichs. Dies kann insbesondere dazu benutzt werden, eine Änderung eines Farborts eines Summenfarborts des von der Leuchtvorrichtung abgestrahlten Mischlichts zwischen ihrem Einschalten und ihrer normalen Betriebstemperatur innerhalb einer vergleichsweise kleinen Farbfläche, z.B. innerhalb einer 3-Schritt-MacAdam-Ellipse, zu halten.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mindestens eine Leuchtdiode mit einem minzefarbenen InGaN-Chip, insbesondere wie oben beschrieben, und mindestens eine Leuchtdiode mit einem bernsteinfarbenen InGaAlP-Chip, insbesondere wie oben beschrieben, aufweist. Dadurch wird insbesondere eine Leuchtvorrichtung mit "Brilliant Mix" farblich temperaturstabilisierbar.
  • Insbesondere kann der mindestens einen Leuchtdiode mit dem InGaAlP-Chip ein Durchlichtelement zugeordnet sein, dessen Transmissionsgrad mit steigender Temperatur (zumindest abschnittsweise) steigt. Folglich blockiert in einer Variante das Durchlichtelement bei niedrigen Temperaturen, z.B. Raumtemperatur, einen vergleichsweise hohen Anteil des von dieser Leuchtdiode emittierten Lichts. Mit steigender Temperatur sinkt die Lichtleistung des InGaAlP-Chips und damit der zugehörigen Leuchtdiode, aber der Transmissionsgrad des Durchlichtelements steigt, so dass in Summe ein (prozentualer) Helligkeitsabfall dieser Leuchtdiode geringer ist als ohne das Durchlichtelement. Dadurch kann insbesondere ein temperaturabhängiges Auseinanderlaufen der (relativen) Helligkeiten oder Lichtströme der unterschiedlichen Leuchtdioden im Vergleich zu einer Anordnung ohne Durchlichtelement verringert werden. So wiederum kann eine Änderung des Summenfarborts besonders effektiv begrenzt werden.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass der Transmissionsgrad eines Durchlichtfilters einer mit einem InGaAlP-Chip ausgerüsteten (gehäusten oder ungehäusten) Leuchtdiode derart ausgestaltet ist, dass eine Lichtleistung in einem Temperaturbereich zwischen 25°C und 95°C nur um 5% bis 25%, insbesondere nur um 5% bis 20%, absinkt. Dadurch wird eine effektive Annäherung an ein Absinken einer Lichtleistung einer (gehäusten oder ungehäusten) Leuchtdiode mit einem (auch leuchtstoffkonvertierten) InGaN-Chip erreicht.
  • Alternativ oder zusätzlich mag die einen InGaN-Chip aufweisende, insbesondere minzefarbene, Leuchtdiode mit einem Durchlichtelement ausgerüstet sein, welches einen mit steigender Temperatur (zumindest abschnittsweise) fallenden Transmissionsgrad bzw. steigenden Absorptionsgrad aufweist. Dadurch kann eine temperaturabhängige prozentuale Änderung der Lichtleistung an die Lichtleistung einer mit einem InGaAlP-Chip ausgerüsteten Leuchtdiode angepasst werden.
  • Es ist zudem eine Weiterbildung, dass ein von der Leuchtvorrichtung abgestrahltes Mischlicht ein weißes Mischlicht ist, insbesondere ein warm-weißes Mischlicht.
  • Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere ein LED-Modul sein. Das LED-Modul kann insbesondere ein Teil einer LED-Lampe, eines LED-Strahlers oder einer LED-Leuchte sein.
  • Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere eine LED-Lampe sein, insbesondere eine LED-Retrofit-Lampe, z.B. zum Ersatz einer herkömmlichen Glühlampe oder eines herkömmlichen Halogenstrahlers.
  • Die Erfindung wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Leuchtdiode und mindestens einen davon entfernt angeordneten Leuchtstoffkörper („Remote Phosphor“), wobei die Leuchtvorrichtung ferner mindestens ein von der mindestens einen Leuchtdiode entfernt angeordnetes Durchlichtelement aufweist, dessen Transmissionsgrad für von mindestens einer Leuchtdiode emittiertes Licht und/oder von dem davon entfernt angeordneten Leuchtstoffkörper wellenlängenkonvertiertes Licht temperaturabhängig ist. Diese Leuchtvorrichtung verallgemeinert das zuvor beschriebene Konzept auf entfernt angeordnete Leuchtstoffkörper, wobei die oben beschriebenen Ausgestaltung und Wirkweisen analog übernommen werden können und gleiche Vorteile bringen.
  • Beispielsweise mag diese Leuchtvorrichtung eine LED-Lampe oder LED-Leuchte (insbesondere "Luminaire") sein, z.B. eine LED-Retrofitlampe. Der entfernt angeordnete Leuchtstoffkörper mag insbesondere als eine einen oder mehrere Leuchtstoffe aufweisende Leuchtstoffschicht vorliegen, die z.B. auf ein Abdeckelement aufgebracht sind, beispielsweise auf einen lichtdurchlässigen Kolben einer Glühlampen-Retrofitlampe. Insbesondere in diesem Fall mag auch das Durchlichtelement als Schicht vorliegen, z.B. als thermotrope Polymerschicht. Das schichtartige Durchlichtelement mag beispielsweise auf dem Abdeckelement auf einer dem schichtartigen Leuchtstoffkörper gegenüberliegenden Seite angebracht sein. Alternativ mag das schichtartige Durchlichtelement z.B. auf dem Abdeckelement angebracht sein. Das Durchlichtelement mag dem entfernt angeordneten Leuchtstoffkörper optisch vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein.
  • Selbstverständlich können die Merkmale der oben genannten Vorrichtungen alternativ oder zusätzlich verwendet werden. So mag die „Remote Phosphor“-Leuchtvorrichtung mit dem mindestens einen entfernt angeordneten Leuchtstoffkörper auch die oben genannte mindestens eine Leuchtdiode mit ihrem eigenen Durchlichtelement aufweisen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
  • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine mögliche Leuchtvorrichtung mit mehreren InGaAlP-Chips mit Durchlichtelementen zusammen mit einem Transmissionsdiagramm eines Durchlichtelements; und
  • 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere mögliche Leuchtvorrichtung in Form einer Retrofitlampe.
  • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Leuchtvorrichtung in Form eines LED-Moduls 11, z.B. zum Einsatz in einer Retrofitlampe. Das LED-Modul 11 weist ein Substrat 12 auf, auf welchem mehrere Leuchtdioden in Form von (konvertierenden) InGaN-Chips 13 und mehrere Leuchtdioden in Form von (nicht konvertierenden) InGaAlP-Chip 14 aufgebracht sind. Die Chips 13 und 14 sind jeweils als Dünnfilm-Oberflächenstrahler-Chips ausgestaltet. Das Substrat 12 kann z.B. ein Keramiksubstrat oder eine Leiterplatte sein.
  • Auf den InGaN-Chips 13 sind jeweils Leuchtstoffplättchen 15 aufgebracht, welche das von dem zugehörigen InGaN-Chip 13 emittierte Licht teilweise wellenlängenkonvertieren. Die Leuchtstoffplättchen 15 können z.B. Plättchen aus einem keramischen Leuchtstoff K sein. Die leuchtstoffbelegten, konvertierenden InGaN-Chips 13, 15 strahlen also ein teils wellenlängenkonvertiertes, teils nicht konvertiertes grünliches bzw. minzefarbenes Mischlicht ab. Die InGaAlP-Chips 14 strahlen bernsteinfarbenes Licht einer Wellenlänge in einem Bereich zwischen 610 nm und 620 nm, insbesondere zwischen 612 nm und 617 nm, aus.
  • Sowohl die InGaN-Chips 13 als auch die InGaAlP-Chips 14 weisen eine von ihrer Betriebstemperatur T abhängige Änderung der Lichtleistung bzw. der Helligkeit des von ihnen emittierten (Primär-)Lichts dergestalt auf, dass die Helligkeit mit steigender Temperatur T abnimmt. Dabei ist der Helligkeitsabfall für die InGaAlP-Chips 14 erheblich stärker als für die InGaN-Chips 13.
  • Mit Einschalten des LED-Moduls 11 (z.B. bei einer Raumtemperatur von 25°C) und damit einhergehender Bestromung der LED-Chips 13 und 14 wird von den InGaAlP-Chips 14 also zunächst Licht mit einer vergleichsweise hohen Helligkeit abgestrahlt. Mit steigender Betriebsdauer erhöht sich die Betriebstemperatur, welche z.B. im konstanten Betrieb 80°C bis 100°C erreichen kann. Durch die einhergehende unterschiedliche Helligkeitsverminderung der InGaN-Chips 13 und der InGaAlP-Chips 14 wird ein Summenfarbort eines von dem LED-Modul 11 abgestrahlten Mischlichts verändert, das sich aus von den leuchtstoffbelegten InGaN-Chips 13, 15 abgestrahltem minzefarbenen Licht und aus von den InGaAlP-Chips 14 abgestrahltem bernsteinfarbenen Licht ergibt ("Brilliant Mix").
  • Um die temperaturabhängige Änderung des Summenfarborts so zu beschränken, dass sie für einen Betrachter nicht oder nicht wesentlich bemerkt wird, sind auf den InGaAlP-Chips 14 jeweils Durchlichtelemente 16 aufgebracht, und zwar hier plättchenartige, thermotrope Durchlichtelemente 16.
  • Insbesondere weist das Durchlichtelement 16 hier zwischen ca. 50°C und ca. 65°C einen zumindest annähernd linearen Anstieg seines Transmissionsgrads Tg von ca. 0,15 (geringe Transmission) bis auf 1 (vollständige Transmission) auf. Dies ist in der Auftragung D skizziert, welche einen Verlauf des Transmissionsgrads Tg gegen die Betriebstemperatur T in °C zeigt. Das Durchlichtelement 16 kann auch als ein Kantenfilter angesehen werden. Mit steigender Temperatur T nimmt also die Helligkeit des von den InGaAlP-Chips 14 abgestrahlten Lichts ab, wird jedoch prozentual mittels des Durchlichtelements 16 abgemildert. Insbesondere im vorliegenden Fall mehrerer InGaN-Chips 13 und InGaAlP-Chips 14 ist der Transmissionsgrad Tg des Durchlichtelements 16 so eingestellt, dass der Helligkeitsabfall der InGaAlP-Chips 14 über den Bereich zwischen 25°C bis 95°C zumindest annähernd dem Helligkeitsabfall der InGaN-Chips 13 entspricht.
  • Insbesondere ist der Transmissionsgrad Tg derart ausgestaltet, dass eine Lichtleistung der InGaAlP-Chips 14 zwischen 25°C und 95°C nur um 5% bis 20% absinkt. Dadurch wird eine effektive Annäherung an ein Absinken einer Lichtleistung eines InGaN-Chips erreicht. Folglich lässt sich das Verhältnis der Helligkeiten bzw. Lichtleistungen der konvertierenden InGaN-Chips 13 und der InGaAlP-Chips 14 auf einen engen Bereich begrenzen. Dies wiederum bewirkt, dass sich der Summenfarbort des Mischlichts des LED-Modul 11 über die Temperatur weniger ändert. Dadurch wird also eine effektive passive Kompensation des temperaturbedingten Helligkeitsabfalls bereitgestellt.
  • 2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere mögliche Leuchtvorrichtung 31 in Form einer Glühlampen-Retrofitlampe. Die Leuchtvorrichtung 31 weist einen Kühlkörper 32 auf, z.B. aus Aluminium, an welchem sich rückseitig ein elektrischer Anschluss 33 befindet, z.B. ein Edison-Sockel oder ein Bipin-Sockel (z.B. vom Typ GU). Der Kühlkörper 32 weist eine Treiberkavität 34 auf, in welcher sich ein Treiber 35 befindet. Der Treiber 35 ist mit dem elektrischen Anschluss 33 elektrisch verbunden und speist mehrere Leuchtdioden in Form von nicht konvertierenden Leuchtdioden 36, 37.
  • Die Leuchtdioden 36, 37 entsprechenden den Leuchtdioden 13 und 14 der Leuchtvorrichtung 11, allerdings ohne die Leuchtstoffplättchen 15 bzw. die Durchlichtelemente 16. Die Leuchtdioden 36, 37 sind auf einem gemeinsamen keramischen Substrat 38 aufgebracht, welches vorderseitig auf dem Kühlkörper 32 aufliegt. Der Kühlkörper 32 trägt vorderseitig zudem einen Kolben 39, welcher die Leuchtdioden 36, 37 überwölbt.
  • Die Leuchtvorrichtung 31 arbeitet nach einem ähnlichen Grundprinzip wie die Leuchtvorrichtung 11, außer dass nun der Leuchtstoff K als Leuchtstoffkörper in Form einer Leuchtstoffschicht 40 auf dem Kolben 39 aufgebracht ist. Der Leuchtstoff K entspricht also einer Anordnung als "Remote Phosphor". Auf dem Kolben 39 ist zudem als Durchlichtelement eine thermochrome Schicht 41 angebracht, welche nur für das von der bernsteinfarbenen Leuchtdiode 37 abgestrahlte (Primär-)Licht einen temperaturabhängigen Transmissionsgrad aufweist, während es für das von der Leuchtdiode 36 emittierte blaue (Primär-)Licht und optional auch für das von der Leuchtstoffschicht 40 konvertierte (Sekundär-)Licht einen zumindest im wesentlichen temperaturunabhängigen Transmissionsgrad aufweist. Die thermochrome Schicht 41 mag z.B. mindestens einen Leukofarbstoff aufweisen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Allgemein können die LED-Chips unbelegt von Leuchtstoff sein oder mit Leuchtstoff belegt sein. So mag das Durchlichtelement auch auf einem leuchtstoffbelegten oder konvertierenden LED-Chip angeordnet sein, z.B. auf einer Leuchtstoffschicht aufliegen.
  • Allgemein sind die genannten Zahlenangaben so zu verstehen, dass ungefähre Zahlenangaben, wie z.B. eingeleitet durch 'ca.', auch den genauen Wert umfassen können, also die Angabe ca. 620 nm auch die Angabe 620 nm umfasst, falls nichts anderes angegeben ist. Auch können genau angegebene Zahlenangaben einen Toleranzbereich um den genau angegebenen Wert umfassen, falls nichts anderes angegeben ist, so dass z.B. 620 nm auch als ca. 620 nm gelesen werden kann.
  • Ganz allgemein ist die Erfindung nicht auf InGaN-Chips oder InGaAlP-Chips beschränkt. Die Verwendung des Durchlichtelements kann insbesondere für alle LED-Chips verwendet werden, deren temperaturabhängige Helligkeitsdrift verändert werden soll.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    LED-Modul
    12
    Substrat
    13
    InGaN-Chip
    14
    InGaA1P-Chip
    15
    Leuchtstoffplättchen
    16
    Durchlichtelement
    31
    Leuchtvorrichtung
    32
    Kühlkörper
    33
    elektrischer Anschluss
    34
    Treiberkavität
    35
    Treiber
    36
    Leuchtdiode
    37
    Leuchtdiode
    38
    Substrat
    39
    Kolben
    40
    Leuchtstoffschicht
    41
    thermochrome Schicht
    D
    Auftragung
    K
    keramischer Leuchtstoff
    T
    Betriebstemperatur
    Tg
    Transmissionsgrad
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • EP 1348318 B1 [0004]
    • US 6362303 [0019]
    • EP 1156099 A1 [0019]

Claims (15)

  1. Leuchtdiode (14) mit einem Durchlichtelement (16; 41), dessen Transmissionsgrad (Tg) für von der Leuchtdiode (14) emittiertes Licht temperaturabhängig ist.
  2. Leuchtdiode (14) nach Anspruch 1, wobei das Durchlichtelement (41) ein thermochromes Durchlichtelement ist.
  3. Leuchtdiode (14) nach Anspruch 2, wobei die Leuchtdiode eine konvertierende Leuchtdiode ist, welche mindestens zwei Leuchtstoffe aufweist, und das Durchlichtelement einen Transmissionsgrad aufweist, welcher für nur von einem Teil der Leuchtstoffe konvertiertes Licht selektiv temperaturabhängig ist.
  4. Leuchtdiode (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermochrome Durchlichtelement (41) mindestens einen Leukofarbstoff aufweist.
  5. Leuchtdiode (14) nach Anspruch 1, wobei das Durchlichtelement (16) ein thermotropes Durchlichtelement ist.
  6. Leuchtdiode (14) nach Anspruch 5, wobei das Durchlichtelement (16) mindestens ein thermotropes Polymermaterial aufweist.
  7. Leuchtdiode (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transmissionsgrad (Tg) des Durchlichtelements (16) für das von der Leuchtdiode (14) emittierte Licht mit zunehmender Temperatur (T) zunimmt.
  8. Leuchtdiode (14) nach Anspruch 7, wobei die Leuchtdiode einen, insbesondere bernsteinfarbenen, InGaAlP-Chip (14) aufweist.
  9. Leuchtdiode (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transmissionsgrad (Tg) des Durchlichtelements für das von der Leuchtdiode emittierte Licht mit zunehmender Temperatur abnimmt.
  10. Leuchtdiode (14) nach Anspruch 9, wobei die Leuchtdiode einen, insbesondere minzefarbenen, InGaN-Chip (14) aufweist.
  11. Leuchtvorrichtung (11), aufweisend mindestens eine Leuchtdiode (14, 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Leuchtvorrichtung mindestens eine Leuchtdiode ohne ein Durchlichtelement aufweist.
  13. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Leuchtvorrichtung mindestens eine Leuchtdiode nach Anspruch 8 und mindestens eine Leuchtdiode nach Anspruch 10 aufweist.
  14. Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Leuchtvorrichtung eine LED-Lampe, insbesondere Retrofitlampe ist.
  15. Leuchtvorrichtung (31), insbesondere nach einem der Ansprüche 11 bis 14, aufweisend mindestens eine Leuchtdiode (36, 37) und mindestens einen davon entfernt angeordneten Leuchtstoffkörper (40), wobei die Leuchtvorrichtung (31) ferner mindestens ein von der mindestens einen Leuchtdiode (36, 37) entfernt angeordnetes Durchlichtelement (41) aufweist, dessen Transmissionsgrad für von mindestens einer Leuchtdiode (37) emittiertes Licht und/oder von dem davon entfernt angeordneten Leuchtstoffkörper (40) wellenlängenkonvertiertes Licht temperaturabhängig ist.
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